西藏ASγ实验组曾利用表面阵列(Tibet-Ⅲ)的观测数据，求得1014-1017eV的宇宙线全粒子能谱，发现在4 PeV附近，高精度地显现了一个尖锐的“膝”。对该尖锐“膝”成因的研究是目前宇宙线业界最前沿、热门的一个课题。为了鉴别“膝”区宇宙线的各种加速机制和传播模型、进一步阐明尖锐“膝”的成因，精确测量膝区宇宙线各单成分能谱，尤其是精确测量“膝”区铁核能谱、判断“膝”区到底是否以铁核为主要成分尤为重要。　　羊八井空气簇射轴“芯”探测器(YAC)就是为了研究“膝”区宇宙线各单成分能谱，特别是铁谱而专门开发设计的一种新型探测器。每一台YAC探测器都包含一3.5 cm厚的铅板和一个能够观测铅板下1 MIP(Minimum IonizationParticle)到106 MIPs粒子的宽动态范围的闪烁体探测器，这使得它有能力观测10 TeV-10 PeV横跨3个量级业界最宽能区的“膝”区宇宙线单成分能谱，并降低YAC的探测阈能至数10 TeV，从而与空间实验有重叠的观测区域，利用这个区域，可以间接地为YAC-Ⅱ实验能量定标。铅板能够把空气簇射轴芯区的少量高能粒子转换为大量低能的粒子，起到了放大原初宇宙线核子成分信息的作用，YAC-Ⅱ就是瞄准这个高能芯区而观测宇宙线，实现高精度鉴别原初宇宙线核种。利用YAC-Ⅱ阵列(～500m2)对宇宙线核种的优秀分辨能力，结合ASγ表面广延大气簇射阵列(Tibet-Ⅲ:～50000m2)和地下μ子探测器阵列(MD:～4500m2)，使ASγ新联合实验既有能力观测空气簇射中的电磁级联，又能观测宇宙线中强子成分（μ子），首次真正意义上实现对宇宙线成分多参量、多手段的混合观测，大大提高了地面阵列实验对宇宙线成分的鉴别精度，使得ASγ新联合实验成为目前宇宙线业界对“膝”区宇宙线成分研究灵敏度最高的实验(原初宇宙线核子成分的鉴别精度高达90％以上，能量分辨率达12％(@1 PeV))。本论文的目标就是利用该新联合实验(YAC-Ⅱ+Tibet-Ⅲ+MD)开展“膝”区宇宙线铁谱的蒙卡模拟研究，发展一套从宇宙线中挑选并分离出铁核事例的方法，并导出“膝”区宇宙线铁核的预期能谱。本论文的主要工作分为以下两部分:　　(1)本论文首先详细论述YAC探测器的开发与研制，并评价YAC探测器的物理性能。另外，本论文经过细致的研究，发展了一套成熟的YAC-Ⅱ实验数据质量检查和原始实验数据重建的方法、探测器刻度和标定的方法。利用该原始实验数据重建方法，我们求出124台YAC-Ⅱ探测器观测到的铅板下次级粒子数目(Nb)谱，并发现124台YAC探测器的Nb谱在20％误差范围内一致;对于单台YAC-Ⅱ探测器，用实验数据重建出的Nb谱同蒙卡模拟所求的Nb谱在10％误差范围内一致。这说明我们的实验数据重建方法已经很成熟，计算机蒙卡模拟方法也已经很可靠。在此基础上，利用重建后的YAC-Ⅱ阵列的原始实验数据，得到了空气簇射高能芯区对宇宙线铁核分离特别灵敏的一系列物理特征参量，例如着火探测器台数（Nhit）、所有着火探测器测量到的粒子数之和(ΣNb)等。在本论文工作中，这些特征参量被用来从原初宇宙线中分离出铁核。　　(2)根据羊八井ASγ实验的观测环境和探测器结构，利用Geant4完成了ASγ新联合实验(YAC-Ⅱ+Tibet-Ⅲ+MD)的计算机蒙卡全模拟，并发展出一套挑选铁核事例的方法。由于YAC-Ⅱ阵列面积有限（仅500 m2），为了弥补YAC-Ⅱ阵列面积不足而造成挑选“膝”区铁核事例的灵敏度降低的劣势，本论文除了充分开发YAC-Ⅱ阵列对铁核灵敏的特征参量以外，又竭力寻找到外围表面Tibet-Ⅲ阵列和地下MD阵列上对铁核灵敏的物理特征参量，然后利用神经元网络(artificial neural network，ANN)训练的方法实现原初宇宙线铁核的分离，最终使铁核的鉴别能力提高到约82％，能量分辨率达17％(@1 PeV)。在此基础上，本论文利用QGSJET0c和SIBYLL2.1两种强子作用模型下的蒙卡模拟数据，求出了相当于实验观测时间约40天的原初宇宙线铁核的预期能谱，并计算出在ASγ新联合实验(YAC-Ⅱ+Tibet-Ⅲ+MD)观测条件下，所求宇宙线铁谱总的系统误差小于30％，确认该新联合实验(YAC-Ⅱ+Tibet-Ⅲ+MD)完全有能力观测从200 TeV到10 PeV涵盖“膝”区的原初宇宙线铁谱。若是“膝”区以铁为主要成分，该联合实验将同时有能力求出铁谱的拐折位置。这将对“膝”区宇宙线的天体物理起源作出领先的重要贡献。