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锦屏山地下暗物质实验室中氡本底的模拟研究

钟苏宁  
【摘要】:近年来,暗物质作为最具挑战性的宇宙学和粒子物理的研究对象,已经成为物理研究领域的一个前沿课题。暗物质是宇宙质量的重要组成部分,其研究有助于人类认识宇宙的形成和构造,暗物质研究的意义和重要性不言自明,在众多暗物质的理论模型中,弱相互作用重粒子(WIMP)是重要的候选者之一。 目前,国际上有许多地下实验室,比如:意大利的GranSasso实验室,英国的Boulb,以及美国的Soudan实验室,都正在积极地寻找着WIMP粒子。与此同时,为了发展我国的暗物质实验的研究,清华大学与二滩水电公司合作在四川省的锦屏山建成了中国首个极深地下实验室——中国锦屏极深地下实验室,简称为(CJPL),并于2010年12月12日正式投入使用,它成为目前世界上最深的地下实验室。 在以清华大学、四川大学、中国原子能研究院、台湾中研院、二滩水电公司以及南开大学为主的暗物质实验合作组,提出了采用超低能量阈值的高纯锗(HPGe)探测器来探测WIMP的中国暗物质实验计划(CDEX)。 合作组设计并使用了一套复杂的被动屏蔽系统放置在实验室中来降低实验的本底水平。这套被动屏蔽系统由1m厚的聚乙烯,20cm的铅,10cm高纯无氧铜组成。本论文采用Geant4蒙特卡洛模拟程序对CJPL实验室环境中氡本底的输运过程进行了模拟计算。我们通过模拟得到了氡自发衰变而产生的粒子,经过屏蔽体每层的面通量及其对探测器的影响。模拟结果表明了合作组设计的这套屏蔽系统能够有效的屏蔽由外部环境产生的氡本底。但是,对于距离探测器较近的氡本底的屏蔽效果不是很理想,建议向屏蔽体内吹氮气。本文模拟结果为CDEX实验的本底分析给出数据支持。


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