电荷交换反应是研究原子核自旋-同位旋耦合的重要实验手段。本文基于重离子束流上的~3He靶散射实验条件,设计搭建了测量电荷交换反应产物氚离子的TPC-闪烁体探测系统。本文首先通过Geant4软件包构建了完整的TPC-闪烁体探测系统仿真模型,分析了探测系统的运动学区间与探测系统鉴别氚离子的能力。在对TPC的设计研究中,利用Garfiled++模拟计算了多种工作气体的性质,分析了其参数对于探测器性能的影响,最终选取Ar/iC4H10（95:5）做为工作气体。在此基础上为了准确描述TPC的信号增益,本文还对THGEM探测器的孔间电场进行了有限元计算,并据此在Garfield++中系统模拟了THGEM探测器的电子漂移、扩散、雪崩等输运过程,尤其针对实验需要探讨了探测器收集区电场变化与电子收集率的关系。本文还实验测量了新型DLC-THGEM的增益曲线和能量分辨,经测试发现其增益均匀性和能量分辨均匀性的平均值在10%以内,满足实验设计要求。此外还参与了本实验Cs I闪烁体的实验测试与刻度,六根晶体的非均匀性约为7%,对某α源的平均能量分辨率约为14%。此外本文还对自给能中子探测器的响应进行了数值研究,改进了经典的解析计算模型,通过基于蒙特卡洛仿真结果的概率模型描述材料中电子的输运过程,修正材料中电子径迹长度分布和逃逸几率。计算结果显示其与实验测量结果的差异较经典模型明显改善,平均偏差为4.868%。