本发明公开一种通过正电子探针定位腔体内壁缺陷的无损检测系统及检测方法，检测系统包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括底座；位于底座上的待测零件前端支架、待测零件后端支架和带光栅尺的气浮导轨模组；待测零件；安装于带光栅尺的气浮导轨模组上的环形探测器支架；安装于环形探测器支架内的环形探测器阵列；位于底座上的正电子探针源铅室；连接于正电子探针源铅室和待测零件之间的正电子探针液体循环输入管和正电子探针液体循环输出管。软件部分包括探测器记录正电子湮没产生的γ光子数的计数模块；γ光子均分补偿的最大似然估计数学模型模块；基于有序子集最大期望的模型求解模块；基于最大类间方差的图像增强模块以及3D图像合成模块。