用于暗物质探测的闪烁体相关问题研究

发布时间：2018-01-07 15:00

  本文关键词：用于暗物质探测的闪烁体相关问题研究　出处：《南华大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：WIMPs作为暗物质最佳的候选粒子，对宇宙学、天文学和粒子物理学来说，探测和研究WIMPs意义重大。但是WIMP与普通物质相互作用概率极低，因此核心探测器材料的选择是增强排除本底能力，提高信号分辨率的关键。现在直接探测WIMP粒子的探测器材料包括Xenon、CsI（Tl）晶体、NaI(Tl)晶体和半导体探测器等。为了选择最佳的暗物质核心探测器材料，本工作对CsI(Na)晶体和BaF2晶体的性能做了对比分析研究。 本文在CsI(Na)晶体的研究基础上，对BaF2晶体波形鉴别反冲核信号与电子信号性能开展了实验研究，实验结果表明-40℃情况下BaF2晶体的发光最强。相对于常温，，核反冲发光提高76%，电子反冲提高62%。在此温度下，分别使用积分法和平均时间法给出了在60%的探测效率下的电子反冲信号的排除效率分别为96.5±3.0%和99.6±0.7%。因此BaF2的粒子鉴别能力不如CsI(Na)。 为了使用Geant4模拟获取最接近真实的核反冲信号和电子反冲信号波形，调研CsI(Na)晶体的各项光学参数。通过设置这些参数，使模拟产生的信号波形与实验测量信号波形相吻合。为实现模拟获得暗物质探测器的粒子分辨性能奠定了基础。 本文基于Geant4模拟对暗物质中心探测器自身以及屏蔽材料中的天然放射性核素238U、232Th和40K进行了本底研究。本文的研究结果对探测器设计优化和暗物质探测器的性能评价提供了参考。
[Abstract]:As the best candidate particle for dark matter, WIMPs is of great significance for cosmology, astronomy and particle physics, but the probability of interaction between WIMP and ordinary matter is very low. Therefore, the selection of core detector materials is the key to enhance the ability to exclude background and improve the signal resolution. Now the detector materials for direct detection of WIMP particles include Xenon WIMP crystal. In order to select the best material of dark matter core detector, the performances of BaF2 crystal and CSI Nai crystal are compared and analyzed. In this paper, based on the study of CSI _ (Na) crystal, the properties of BaF2 crystal waveform for distinguishing recoil nuclear signal and electronic signal are studied experimentally. The experimental results show that the luminescence of BaF2 crystal is strongest at -40 鈩

本文编号：1393030