暗物質(zhì)是宇宙質(zhì)量的重要組成部分,對(duì)非重子暗物質(zhì)候選者WIMP的尋找是當(dāng)今的熱點(diǎn)問(wèn)題。清華大學(xué)和韓國(guó)漢城大學(xué)以及臺(tái)灣中央研究院合作,提出了采用超低能量閾值HPGe探測(cè)器測(cè)量低質(zhì)量WIMP的研究計(jì)劃。該研究計(jì)劃使用1kg極高純度鍺晶體作為探測(cè)材料,在能量閾值100eV的基礎(chǔ)上探測(cè)質(zhì)量范圍1-10 GeV的WIMP,這是目前世界上WIMP探測(cè)實(shí)驗(yàn)的最低能量區(qū)域。為了降低本底水平,該研究的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用低放射性的鉛和銅作為被動(dòng)屏蔽體,CsI（Tl）晶體反符合探測(cè)器作為主動(dòng)屏蔽體,并放置于韓國(guó)東北部最小深度700m的Y2L地下實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。目前,一個(gè)5g的HPGe探測(cè)器原型正在用于初步的測(cè)試。在分析了實(shí)驗(yàn)室可能的本底來(lái)源及其與屏蔽體和探測(cè)器的相互作用后,論文采用基于Geant4的蒙卡模擬程序?qū)ο到y(tǒng)屏蔽體進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,鉛和銅組成的屏蔽體能夠很好的屏蔽來(lái)自外部環(huán)境中的γ射線,而屏蔽材料內(nèi)部的γ射線可以被CsI晶體探測(cè)器很好地反符合掉。宇宙線能量很高,在穿過(guò)探測(cè)器時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的信號(hào),因而很容易區(qū)分出來(lái)。中子由于不帶電,屏蔽體的效果稍差;但是由于實(shí)驗(yàn)室本身的中子本底通量非常小,其影響可以忽略... 

【文章來(lái)源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

漩渦星系M33的轉(zhuǎn)動(dòng)速度曲線圖

圖 1.2 所示為各實(shí)驗(yàn)組所發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，大部分以反應(yīng)截面－WIMP 質(zhì)量關(guān)系曲線的形式表達(dá)，這種曲線被稱(chēng)為排除線，它給出的是一定質(zhì)量的 WIMP與探測(cè)器物質(zhì)作用截面的上限。DAMA 實(shí)驗(yàn)組在 2000 年發(fā)表了通過(guò)觀測(cè)地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的年調(diào)制現(xiàn)象得到一個(gè)封閉式的結(jié)果（圖中封閉曲線），引起了暗物質(zhì)研究方面物理學(xué)家的廣泛注意，但是由于缺乏其它實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持，目前該結(jié)果還未得到證實(shí)。甚至有更新的實(shí)驗(yàn)組得出了排除該區(qū)域的結(jié)果，引發(fā)了較大的爭(zhēng)論。最終的結(jié)果還有待更多、更精確的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

閾值 HPGe 探測(cè)器的預(yù)計(jì)為 100eV。本實(shí)驗(yàn)探測(cè)器將運(yùn)行的韓國(guó) Y2L 實(shí)驗(yàn)室，屏蔽體采用銅和鉛等被動(dòng)屏蔽材料動(dòng)屏蔽材料相結(jié)合的方法，屏蔽體內(nèi)部空間充入純凈 N2空間中放射性氣體本底的影響。究目標(biāo)的研究計(jì)劃將分為兩期進(jìn)行，預(yù)期的目標(biāo)在圖 1.3 中用排測(cè)系統(tǒng)中所使用的 HPGe 探測(cè)器材料為 5g 純度非常高的數(shù)率為 0.1cpd（count/day/kg/keV），將可以在 WIMPs 粒子 的范圍作出排除線，如下圖所示最上方一條線。如果能性能深入研究的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)本底計(jì)數(shù)率為 0.01cpd，則可除線。探測(cè)系統(tǒng)在第一期的基礎(chǔ)上，采用 200 個(gè)同樣單元的 Ge器探頭，晶體總質(zhì)量達(dá)到 1kg。如果仍然能夠?qū)崿F(xiàn) 0.01cp面的排除線，從而全面超越 CRESST 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。


本文編號(hào)：2896720