正电子谱学是核物理技术在材料科学上的交叉应用,通过使用核探测技术测量正电子的湮没参数来表征材料的微观结构,在凝聚态物理、化学、材料科学等领域有非常广泛的应用。正电子谱学中常见的实验方法有正电子湮没寿命谱、符合多普勒展宽谱、角关联谱、寿命-动量关联谱和慢正电子束技术。正电子湮没谱学具有无损测量、自搜寻缺陷、对原子尺度级别的缺陷非常敏感等优点,是不可替代的一种缺陷表征手段。近些年,正电子谱学开始应用在原位测量中。动态过程的测量对于谱仪性能有着更高的要求,需要谱仪能够快速、精确的测量结果。本文着力于新型数字化正电子湮没谱仪的研究与开发,提升谱仪性能,拓展谱仪应用,主要工作内容如下:（1）研发高性能数字化正电子湮没寿命谱仪,着力于定时算法的优化和新甄别手段的开发,使谱仪在时间性能、精度与计数率上全面提升。谱仪时间性能优化方面,开发比对了一系列脉冲平滑算法和数字定时算法,并优化了相关参数,使谱仪时间分辨大幅提升。当使用尺寸为Φ20×15 mm的BaF2晶体和H6610光电倍增管的组合时,谱仪时间分辨高达130ps。而使用相同探测器的模拟插件谱仪的时间分辨约为180 ps。新甄别方法方面,开发了多参数甄别方法,并使用一系列方法使多维数据降维。使用多参数甄别后,寿命谱前沿畸变几乎被消除,解谱结果也不会因拟合范围变化而大幅波动。计数率提升方面,开发了互为起止的符合逻辑,每个探测器同时担任起始探测器和终止探测器,计数率提升一倍。多线程技术的应用也使谱仪的计数率不会受到处理数据时间的影响。（2）将机器学习应用在数字化正电子寿命谱仪中,利用机器学习完成数字脉冲甄别。机器学习在物体分类中应用广泛,可以准确完成脉冲甄别。开发了数据筛选算法,通过数据筛选为后续机器学习的训练与验证提供准确的训练集和测试集。选用了支持向量机与神经网络两种算法,通过对训练集和测试集的训练与测试,调整相应参数,获得了稳定的分类模型。分类模型可以加载到数字化正电子湮没寿命谱中,并完成在线的脉冲甄别,且识别迅速,不影响谱仪的整体计数率。相对于其他甄别方法,机器学习甄别有着更高的事例保留率,仅筛除少量事例便可以达到预期的甄别效果,修正寿命谱畸变,而且可以长期稳定的工作,部署后不需要调整参数。（3）研发了数字化反符合正电子湮没寿命谱仪,谱仪不但可以测量单片样品,而且对样品厚度没有限制,首次在常规谱仪中实现微米级薄膜样品的寿命测量。我们在研制的数字化正电子湮没寿命谱仪基础上,添加了反符合探测器。利用反符合探测器可以判断正电子的湮没位置,使谱仪能够测量单片样品。我们使用YSZ、Si和Al三种样品进行验证,都得到了正确的测量结果。升级反符合探测器结构,使其可以对薄膜材料进行测试,并利用Geant4验证了新设计的可行性,优化了反符合探测器的参数,并提出了新的源成分修正方法。实际测试中,15 μm的Kapton薄膜、16 μm的镍箔和60 μm的铁箔都测得了正确的结果。（4）基于两种方案搭建了高计数率数字化符合多普勒展宽谱仪,分别是基于主放成形的数字化符合多普勒展宽谱仪和基于数字梯形滤波成形的数字化符合多普勒展宽谱仪。基于主放成形的数字化谱仪使用数字采集卡采集经主放放大成形后的脉冲,使用脉冲形状甄别器完成了堆积脉冲的筛除,利用多项式拟合精准获取脉冲幅度。脉冲形状甄别器可以有效地剔除堆积事例,高计数率下测得的能谱不会因堆积产生畸变,实际测试中谱仪计数率提升约80%。对于使用数字梯形滤波成形的数字化符合多普勒展宽谱仪,我们使用数字采集卡直接采集高纯锗探测器前放输出脉冲,优化了数字梯形滤波算法的相关参数,开发了寻峰和去堆积算法。使用数字梯形滤波成形的高纯锗探测器可以承受更高的计数率,符合多普勒展宽谱仪的计数率可提升约170%。