复杂的核事故环境给核辐射探测器提出了新的要求。为了满足核事故复杂环境γ射线剂量率探测的特殊需要，急需设计并制造具有探测上限高，量程宽，环境适应性强、响应速度快、耐辐照性能强、探测成本低等特点的γ射线核辐射探测器系统。本文通过理论分析和实验研究，证明了利用CMOS有源像素传感器进行高剂量率γ射线核辐射探测的可行性；通过建立探测器辐射响应模型，研究了基于CMOS有源像素传感器的γ射线探测技术；设计的探测器屏蔽和辅助结构，提高了探测器系统的耐辐射性能和环境适应性，且具有性价比高、易拆装等特点。所设计的探测器系统制造成本低，且成品率高，可以作为一次性消耗品，既能在条件恶劣且放射性水平高的核事故环境中快速获取探测位置的γ射线剂量率，又能减小探测器因去污或损耗而造成的成本增加。　　本文首先进行了核事故环境放射性水平及危害因素分析，并提出了核事故环境探测对核辐射探测器的要求，通过对国内外研究现状的调研，讨论了半导体像素传感器，特别是基于CMOS标准工艺的有源像素传感器在核辐射探测领域应用的优缺点以及辐射效应。分析结果表明，基于CMOS标准工艺的有源像素传感器（APS）制造成本低，成品率高且具有优异的辐射响应能力和耐辐射性能，具有应用于核事故环境中进行γ射线辐射探测的巨大潜力。　　其次，阐述了CMOS APS探测器原理和辐射效应，设计并制造了探测器及系统总体结构。所设计探测器采用扎光电二极管、相关双采样电路以及暗电流消除技术降低噪声，降噪后，暗电流减小约15倍以上，最大输出噪声的数字信号量几乎为0。　　本文重点研究了CMOS APS探测器的辐射响应特性与电荷收集特性。通过建立探测器辐射响应模型研究了γ射线在探测器像元中的能量沉积过程和电荷收集过程，并结合γ射线辐射实验，研究探测器对γ射线的辐射响应特性。分析及实验结果表明：60Coγ射线在像元中发生康普顿散射产生的反冲电子及次级γ射线在相邻像元沉积的能量极小；探测器对γ射线的辐射响应主要包括三个区间，即线性响应区、非线性响应区和饱和区，线性响应区区间大小及起始位置与探测器积分时间相关，调整积分时间能够改变探测器量程；当探测器对γ射线的响应较弱时，像素输出数字信号量统计值不能准确反映所测量辐射场放射性水平信息。根据实验结果计算获得本文所设计CMOS APS探测器的电荷收集效率η=0.088。探测器系统辐射响应实验结果表明，本文所设计的CMOS APS探测器系统具有很好的辐射响应性能，能够较为准确的在γ射线强辐射环境下测量剂量率，并且剂量率探测上限及探测精度仍有提升空间。　　设计辐照实验研究了探测器及探测器系统的耐辐照性能。通过检测探测器暗电流随辐射总剂量的变化情况，以及探测器失效时的辐射总剂量，研究探测器的耐辐射性能和工作寿命。实验结果表明：探测器系统中探测模块的耐辐射性能比主板高约3.6倍；主板的损伤主要表现为无输出信号或断电，探测器模块损伤表现为器件损坏，本底噪声淹没真实信号以及探测器失去探测能力仅输出噪声信号；扎光电二极管在抑制辐射产生的暗电流噪声方面显著优于传统光电二极管，辐射总剂量未达到50Gy时，暗电流噪声无变化，处于50Gy至200Gy之间时，部分像素点出现较大暗电流，并在200Gy至400Gy之间的某个时刻，暗电流急剧增大，这可能是由于Si/SiO2界面处所积累陷阱电荷产生的电场空间电荷区与 STI接触所导致的。探测器系统耐辐射性能实验结果表明：经过屏蔽层屏蔽与准直，对于60Coγ射线探测器受照剂量率为环境剂量率的56.3%，主板受照平均剂量率降低68.15%，探测器系统总体耐辐射总剂量提高了1倍。