《極低本底熱中子探測技術研究》是依託清華大學，由宮輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：極低本底熱中子探測技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：宮輝
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
地下實驗室具有極低的宇宙射線本底,是開展暗物質探測、雙β衰變測量、中微子振盪等一些重大基礎性前沿課題的理想實驗場所。不過,地下實驗室中仍然存在極低的宇宙射線本底以及由岩石等產生的微量輻射本底，可能對實驗研究工作造成嚴重影響。參照國際經驗,地下實驗室都要對本底水平進行詳細研究，其中，極低本底中子輻射水平測量是最受關注的測量項目之一。我國正在建設世界上最深的中國錦屏地下實驗室,迫切需要測量其輻射本底水平。本項目將針對地下實驗室極低環境本底測量的需求,對極低本底熱中子探測技術進行研究。研究極低本底熱中子測量的物理問題與影響機理,研究並掌握極低本底熱中子測量的關鍵技術，設計實現新型位置靈敏極低本底熱中子探測器,為地下實驗室建設發展及相關重大前沿探索研究課題提供精確的熱中子本底參數。
結題摘要
地下實驗室由於宇宙線本底低，成為暗物質直接探測、無中微子雙β衰變等重大基礎性前沿課題的理想實驗場所。這些課題所探測的對象具有極低的事例率，對本底水平的測量和控制成為這類實驗的關鍵。中子是地下實驗室非常重要的一種本底，因此，本項目圍繞極低本底熱中子探測技術展開了詳細研究。項目選擇3He正比管作為低本底熱中子探測器，通過模擬計算深入研究了各種設計參數對3He正比管工作性能的影響機理，提出並設計了位置靈敏3He正比管以及4He對比管相結合的探測器和讀出電子學系統，研究了正比管探測器自身的本底特性及其位置分布。在該基礎上，針對降低熱中子探測下限的目標，提出了沉積能量-上升時間法和電流波形雙峰甄別法兩種低本底熱中子測量方法。本項目對兩種低本底熱中子測量方法的工作機理和影響因素都進行了詳細的理論分析與研究，確定了探測器和電子學的關鍵設計參數，最佳化設計出了相應的低本底熱中子探測器和讀出電子學系統以及數據處理分析方法。通過中子源刻度、低本底環境測量等實驗方法，對設計的探測器和讀出電子學系統進行了測試，實驗結果表明兩種低本底熱中子測量方法的測量下限都達到了1.3×10-8cm-2s-1的水平，其中電流波形甄別方法還有進一步降低探測下限的潛力。進一步，利用設計的低本底熱中子探測系統對中國錦屏地下實驗室（CJPL）多個位置的熱中子本底進行了長期的測量，並給出了CJPL I期、II期以及中國暗物質實驗（CDEX）多級禁止體內部熱中子本底的測量結果。相關實驗測量結果不僅驗證了本項目提出的低本底熱中子探測技術用於深地實驗室熱中子本底測量的可行性，同時對CDEX實驗和CJPL的建設也有著重要的參考意義。
