暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)和無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)是當(dāng)前物理領(lǐng)域具有重大意義的前沿課題。由于具有低本底、低閾值及高能量分辨率等特點(diǎn),高純鍺探測(cè)器尤其是點(diǎn)電極高純鍺探測(cè)器在這兩類(lèi)實(shí)驗(yàn)中都有非常重要的應(yīng)用并占有重要的地位。這些實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵均在于建立盡可能低的本底環(huán)境,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋也依賴(lài)于對(duì)實(shí)驗(yàn)譜本底成分及貢獻(xiàn)的理解。對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量譜高能區(qū)的本底分析是無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容,而基于低能區(qū)與高能區(qū)的密切聯(lián)系,高能區(qū)本底分析對(duì)暗物質(zhì)能區(qū)(12 keV)本底理解也具有重要參考意義。本課題主要內(nèi)容是基于CDEX-1的1 kg級(jí)點(diǎn)電極高純鍺探測(cè)器,對(duì)高能區(qū)(500~3000 keV)本底進(jìn)行分析。首先研究并建立了高能區(qū)數(shù)據(jù)處理方法,根據(jù)探測(cè)器前放輸出信號(hào)特點(diǎn),分析了Inhibit周期帶來(lái)的效率問(wèn)題并給出了相應(yīng)的修正方法,通過(guò)波形信息提取、信號(hào)甄別、能量刻度和效率修正分別給出了兩個(gè)測(cè)量階段的高能區(qū)能譜。鑒于對(duì)高能區(qū)本底理解的需求,本課題根據(jù)CDEX-1探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和伽馬本底的分布特點(diǎn),使用Geant4模擬給出了宇生核素以及天然放射性核素在探測(cè)器系統(tǒng)不同位置的響應(yīng)能譜。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,根據(jù)宇生核素的特征X射線(xiàn)峰或γ峰確定了相應(yīng)宇生核素的本底貢獻(xiàn),根據(jù)擬合的方法確定了來(lái)自不同位置的天然放射性核素的本底貢獻(xiàn),并在此基礎(chǔ)上分別建立了兩個(gè)測(cè)量階段的高能區(qū)(500~3000 keV)本底模型,分析了本底構(gòu)成特點(diǎn)。對(duì)于中子本底,一方面,本課題研制了基于波形甄別和符合測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的載釓液閃探測(cè)器,并成功應(yīng)用于地下實(shí)驗(yàn)室極低計(jì)數(shù)率的快中子本底測(cè)量;另一方面,使用~(252)Cf中子源研究了CDEX-1探測(cè)器的中子響應(yīng)能譜特點(diǎn);結(jié)合兩方面的研究,對(duì)CDEX-1實(shí)驗(yàn)譜中子本底進(jìn)行了評(píng)估�；趯�(duì)高能區(qū)的本底理解,本課題根據(jù)CDEX-1第二階段測(cè)量的304 kg·day數(shù)據(jù),對(duì)~(76)Ge的Q_(ββ)能區(qū)進(jìn)行了分析,使用擬合的方法給出了對(duì)0ββ衰變的測(cè)量結(jié)果N~(0ν)=0,使用Profile Likelihood方法給出了測(cè)量結(jié)果所對(duì)應(yīng)的0ββ衰變半衰期下限T~(0ν)_(1/2)≥6.43×10~2 ~2yr,90%C.L.。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TL816
【部分圖文】：

直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)、無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)等。介質(zhì)的相互作用截面非常小或者半衰期非常因?yàn)槿绱�，此�?lèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)探測(cè)器的靈敏度和環(huán)境及其探測(cè)宙中大量存在的不產(chǎn)生電磁輻射，也不與電式被直接觀測(cè)到的物質(zhì)。根據(jù)引力效應(yīng)，暗物實(shí)，比如對(duì)星系中可見(jiàn)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度、引力透景輻射等的研究[1-5]。事實(shí)上，暗物質(zhì)在目前要的角色，根據(jù)普朗克天文望遠(yuǎn)鏡給出的觀測(cè)規(guī)物質(zhì)僅占總質(zhì)量的約 4.9%，而暗物質(zhì)和暗除了在宏觀宇宙構(gòu)成、宇宙演化過(guò)程中扮演重何種性質(zhì)還涉及到基本粒子、基本相互作用為是 21 世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展面臨的幾個(gè)關(guān)鍵難題

圖 1.2 雙貝塔衰變示意圖圖 1.3 雙貝塔衰變費(fèi)曼圖，(a) 2νββ；(b) 0νββ；( , ) ( , 2 )2 +2eA Z A Z e ν → + + ( A, Z ) ( A, Z 2 )2e → + +

4圖 1.3 雙貝塔衰變費(fèi)曼圖，(a) 2νββ；(b) 0νββ；( , ) ( , 2 )2 +2eA Z A Z e ν → + + ( A, Z ) ( A, Z 2 )2e → + + 如圖 1.4 所示，2νββ衰變產(chǎn)生的為連續(xù)電子譜，而 0νββ衰變由于僅產(chǎn)生則會(huì)形成一個(gè)單能峰，0νββ實(shí)驗(yàn)就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)該單能峰的測(cè)量。根據(jù)原陣元可知，0νββ的衰變概率與中微子的質(zhì)量有關(guān)，可以根據(jù)對(duì) 0νββ衰變確定中微子的質(zhì)量。如上所述，中微子質(zhì)量問(wèn)題涉及到超越標(biāo)準(zhǔn)模型的眾問(wèn)題，因此 0νββ實(shí)驗(yàn)是非常重要的，它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)粒子物理、天體物學(xué)都會(huì)產(chǎn)生重大的影響。目前世界范圍內(nèi)也有眾多的實(shí)驗(yàn)組開(kāi)展了 0νββ實(shí)驗(yàn)測(cè)量的核素不盡相同，使用的探測(cè)器也多種多樣[38]。表 1.2 列出了主

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 畢效軍;;暗物質(zhì)間接探測(cè)現(xiàn)狀[J];中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2011年12期

2 岳騫;;高純鍺探測(cè)器在粒子物理與天體物理中的應(yīng)用[J];中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2011年12期

3 李金;;暗物質(zhì)的直接實(shí)驗(yàn)探測(cè)[J];物理;2011年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 趙偉;公斤級(jí)點(diǎn)電極高純鍺探測(cè)器的暗物質(zhì)直接探測(cè)研究[D];清華大學(xué);2016年

2 吳昱城;超低能量閾高純鍺探測(cè)器的暗物質(zhì)直接探測(cè)[D];清華大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2814551