月球表面诱发伽玛辐射场特征不仅是研究月球外围辐射环境的重要依据,也是研究月球表面物质成分的重要手段。以月球表面诱发伽玛辐射场的形成机理和分布特征研究为基础,对月球浅表层介质在宇宙射线作用下形成诱发伽玛射线的全谱（0¹0MeV）特征和物理机理进行了论述;通过蒙特卡罗数值模拟的方法,构建宇宙射线诱发月球表面介质发射伽玛射线的物理模型,获取诱发伽玛辐射场的原始谱特征信息;根据正电子湮灭辐射产生的物理机理,研究通过正电子湮灭辐射通量特征与月球表面介质有效原子序数的正演数理模型和反演方法,采用蒙特卡罗模拟的方法对月球表面岩石全元素（质量含量大于0.01%）诱发伽玛射线特征峰的通量比、不同种类岩石的质量吸收系数和CE1-GRS的相对探测效率等关键参量进行了数值模拟;结合CE1-GRS能谱数据,进行了月球表面介质的有效原子序数填图,并从地质角度探讨了全月有效原子序数的分布特征。论文主要取得的研究成果如下:（1）以月球采样中典型的高铝玄武岩、克里普岩、斜长岩、纯橄岩、低钛玄武岩、高钛玄武岩的物质组成为基础,构建了蒙特卡罗数值模拟宇宙射线诱发月表伽玛辐射场的物理模型,获取了不同密度条件下（0.5g/cm³⁴.0g/cm³）,6种岩石产生的诱发伽玛辐射场原始谱特征;连续的诱发伽玛辐射原始谱成分包括:1)高能宇宙射线与月表介质发生相互作用产生的主要诱发伽玛射线特征序列,如:¹⁶O（n,nγ;2.71MeV、3.85MeV、6.13Me V、6.92MeV、7.12MeV）,²⁴Mg（n,nγ;1.37MeV）,²⁷Al（n,nγ;1.01Me V、2.21MeV、3.00MeV）,²⁸Si（n,nγ;1.78MeV、2.84MeV、6.88MeV）,²⁸Si（n,γ;3.54MeV、4.93MeV、6.88MeV）,⁴⁰Ca（n,nαγ;1.61MeV）,⁴⁰Ca（n,nγ;3.74MeV、3.90MeV）,⁴⁸Ti（n,γ;1.38MeV、6.42Me V、6.76MeV）,⁵⁶Fe（n,nγ;0.847MeV）,⁵⁶Fe（n,γ;6.02MeV、7.28MeV、7.65MeV）等;2)诱发伽玛射线与月表介质发生相互作用过程中,光电效应和康普顿效应之间的“竞争与妥协”形成了向较低能方向聚集的连续伽玛射线谱。特征序列叠加在连续的伽玛射线谱上,在0.511 MeV处明显可见一个通量较高的伽玛射线特征峰,峰谷比可达15甚至更高,该特征峰是高能伽玛射线与月表介质相互作用形成电子对效应之后,正电子发生湮灭时产生能量为0.511MeV的伽玛射线的特征峰。（2）以较高能伽玛射线与月表介质发生形成电子对效应和正电子湮灭现象的物理机理为基础,构建了月表介质有效原子序数的正演模型。该数理方程中,月表介质有效原子序数与正电子湮灭伽玛辐射通量呈正比,与发生电子对效应的较高能伽玛射线通量、月表介质的质量吸收系数以及诱发伽玛射线能量的对数值这三者的乘积呈反比。通过蒙特卡罗模拟获取了月球6种典型岩石的诱发伽玛辐射通量数据,根据正演模型计算的结果与6种典型岩石的有效原子序数呈正比,相关系数为0.98。（3）通过模拟月表伽玛射线原始谱和CE1-GRS实测伽玛能谱的特征分析,采用SNIP（Statistics-sensitive Non-linear Iterative Peak-clipping）、FFT（Fast Fourier Transform）、AirPLS（Adaptive iteratively reweighted Penalized Least Squares）和AIMA（Automated Iterative Moving Averaging）对CE1-GRS实测伽玛能谱数据进行了本底扣除与特征峰提取。结果表明:对于0³MeV范围内绕月伽玛能谱的连续本底扣除效果AirPLS方法更优;对3MeV以上的本底扣除采用FFT方法效果更好。联合采用两种方案进行特征峰提取,对全谱12个诱发伽玛射线特征峰（区）计算结果误差进行统计,特征峰净峰面积相对误差小于10%的结果占59%,相对误差在10%²0%的结果占33%,相对误差在20%³0%的结果占8%。（4）根据本文提出的月表介质有效原子序数的数理模型和CE1-GRS仪器谱上正电子湮灭辐射和较高能伽玛射线特征峰提取结果,获得了全月范围内的月表介质有效原子序数数据。根据CE-1绕月两极飞行方式,以及75°N⁸0°N范围内月表介质有效原子序数值离散度较小（相对标准偏差仅为2.91%）的特点,提出了“物质稳定圈基准值校正”的调平方法,对全月有效原子序数分布图进行调平处理,有效地消除CE1-GRS不同飞行轨次引起的“数据条带状分布”影响。通过Apollo 11、Apollo 12、Apollo 11¹7、Lunar 16、Lunar 20以及Lunar 24在内的8次登陆实测月表介质有效原子质量数据与有效原子序数分布图中提取的对应坐标下有效原子序数数据进行最小二乘法拟合的验证表明,二者呈现明显的正相关,拟合结果相关系数为0.72,比例系数为a=1.875。（5）月表介质有效原子序数的高值主要集中分布在月海地区,特别在月球西半球赤道两侧（0⁴0°W,30°S¹5°N）区域和中纬度（50°W⁷0°W,50°N⁶5°N）的狭长地带。其中,在汽海（Mare Vaporum）和岛海（Mare Insularum）边缘的暑湾（10.9N,8.8W）地区,有效原子序数高达13.2;中等有效原子序数则主要分布在风暴洋西侧与冷海相连的椭圆环状带内、南极艾肯地层以及海玄武岩地层向高地斜长岩地层过渡的边缘地带;除此之外,月球表面覆盖的大部分介质的有效原子序数均较低。月海玄武岩地层（the Mare Basalt Terrane,MBT）、高地斜长岩地层（the Feldspathic High-lands Terrane,FHT）和南极艾肯地层（the South PoleAitken Terrane,SPAT）内介质的有效原子序数高低差异明显。月表有效原子序数特征直接反映月壳的地质层序特征,与月表典型地质构造形成年代具有直接相关性,相对古老的月表高地地质构造的有效原子序数较低,而形成年代较近的月海玄盆地构造内的有效原子序数较高;南极艾肯盆地内的有效原子序数虽零星可见12.2左右的中等值,但绝大部分在11.8及以下,远低于风暴洋（12.0¹2.5）的有效原子序数值,推断南极艾肯盆地的形成年代应早于风暴洋。