中国暗物质探测实验液氩反符合探测器闪烁光特性研究.doc

中国暗物质探测实验液氩反符合探测器闪烁光特性研究暗物质探测是粒子物理学、天体物理学和宇宙学的重大前沿课题之一，国际上通常采用直接探测法探测暗物质候选粒子WIMP。中国暗物质实验（CDEX）以高纯锗晶体作为主探测器，液氩作为反符合探测器介质，探测WIMP粒子。辐射与液氩相互作用会产生波长128nm左右的闪烁光，CDEX液氩探测器以此为探测信号。多种因素会影响液氩探测器的特性，进而影响液氩探测器的反符合效率。CDEX实验需要获得液氩探测器的特性参数，寻找相应改进方法。本论文通过设计并建立液氩/氩气探测特性测试平台，进行了相关实验。通过光电倍增管的单光电子响应实验，获得297K和77K温度下，9357KB随高压变化的绝对增益值。验证在聚四氟乙烯表面蒸镀TPB的效果，结果表明TPB实现了波长转换的功能，但由于转换效率影响，峰位计数减少。进行了三种纯度氩气的闪烁光信号对比，纯度分别为99.999%，99.9999%和99.99999%，结果表明氩气的纯度越高，闪烁光产额越大。利用双成分函数和三成分函数对闪烁光信号的平均波形进行拟合，得到在双成分函数情况下：快成分衰减时间11.75-15.62ns，慢成分衰减时间239.34-973.54ns，快慢成分比例0.30-0.11；三成分函数情况下：快成分衰减时间10.09-10.92ns，慢成分衰减时间564.72-1852.27ns，“中间成分”衰减时间75.37-95.09ns，快慢成分比例0.22-0.07。慢成分衰减时间随着氩气纯度的升高而显著提升，具有由于监测液氩纯度的可行性。获得了99.999%纯度液氩的闪烁光信号，在双成分函数拟合情况下：快成分衰减时间19.33ns，慢成分衰减时间211.40ns，快慢成分比例0.26。解决了因氩气的帕邢定律导致的光电倍增管base板打火损坏问题，为CDEX实验提供了经验。