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【6h】

暗物质实验中子本底的蒙特卡洛模拟研究

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暗物质作为宇宙学研究中最具挑战性的课题之一，近年来对与它的研究也成为物理学研究的一个热点。暗物质是宇宙质量的重要组成部分，对于它的研究有助于人类认识宇宙的形成与结构，因此暗物质的研究的意义与重要性是不言而喻的，而在暗物质粒子的众多理论模型中，弱相互作用重粒子(WIMP)是其中重要的候选者之一。
　　 目前，国际上有许多地下实验室正在积极地寻找着WIMP粒子，比较有名的如：意大利的Gran Sasso实验室，美国的Soudan实验室，以及英国的Boulby实验室等。而为了发展我国的暗物质实验研究，清华大学与二滩水电公司合作在四川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(CJPL)，并于2010年12月12日正式投入使用，这也是目前世界上最深的地下实验室。
　　 以清华大学、四川大学、台湾中研院、中国原子能研究院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)探测器探测WIMP的中国暗物质实验计划(CDEX)。
　　 为了降低本底水平，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。这套被动屏蔽系统由1m厚的聚乙烯，20cm的铅，20cm的含硼聚乙烯以及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(岩石层以及混凝土层)以及CDEX被动屏蔽体本身产生的中子本底的输运过程进行了模拟计算。计算得到了分别由岩石层、混凝土层、铅屏蔽层以及铜屏蔽层产生的中子输运到被动屏蔽体内部的通量及能谱。为了达到CDEX对本底预期目标(在高纯锗探测器的本底计数水平小于0.1cpd/keV/kg)，对与铅屏蔽层和铜屏蔽层，我们根据模拟计算结果估计了铅屏蔽层和铜屏蔽层所使用的铅和铜材料放射性核素含量的上限。计算结果表明这套屏蔽系统能够很好的屏蔽由于外部环境以及屏蔽体本身产生的中子本底。

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