采用高纯锗探测器的极低本底实验中锗晶体内部宇生放射性的实验研究

随着点接触电极和电极分块等新技术的出现，高纯锗探测器在双β衰变、暗物质探测等极低本底实验中得到了很好地应用。欧洲GERDA和美国MAJORANA实验组提出利用重达1吨的电极分块HPGe开展双β衰变实验研究，中国CDEX和美国CoGeNT实验组提出基于点电极技术的极低能量阈HPGe直接探测暗物质的研究计划。极低本底实验中一个重要问题是：HPGe内部宇生放射性核素的种类、活度及其衰变过程对实验本底的贡献。.本项目将利用我国首个、国际上宇宙线通量最低的中国锦屏极深地下实验室以及该地下实验室中建立的极低本底放射性核素测量平台，开展高纯锗晶体内部宇生放射性核素种类和活度测量，研究高纯锗晶体中宇生放射性核素对双β衰变、暗物质探测等实验的本底贡献，对国际上广泛讨论的在地下实验室开展高纯锗晶体生长和探测器研制工作以减少宇生放射性核素对双β衰变、暗物质等极低本底实验的影响这一重要课题的必要性进行研究。

本项目主要工作是利用我国首个、世界最深的中国锦屏地下实验室，建立放射性核素测量平台，开展高纯锗晶体内部宇生放射性核素种类以及活度测量，研究高纯锗晶体中宇生放射性核素对于双β衰变和暗物质等实验的本底贡献。. 本项目测量了中国锦屏地下实验室的宇宙线通量，通过对约半年的有效实验测量进行分析，得到了中国锦屏地下实验室的宇宙线通量为2.00.4(stat)×10-10cm-2s-1。本项研究结果表明中国锦屏地下实验室是国际上宇宙线通量最低的地下实验室，可以为暗物质、双贝塔衰变等低本底实验提供良好的地下实验环境，也表明我国已经拥有了国际一流的地下低本底实验空间。. 项目组在中国锦屏地下实验室建立了首套超低本底放射性核素测量平台，并测量得到了其本底测量灵敏度，在40-2700keV能量范围内积分本底计数率0.0013 cps/kg的水平，是目前我国灵敏度最高的放射性核素活度测量平台。. 模拟研究和实验测量了高纯锗晶体内部的宇生放射性核素的产生机制、核素种类和活度等，及其对于10keV以下低能区的暗物质实验和2MeV以上的双贝塔衰变实验的影响。本项目利用质量为1kg的PCGe探测器开始本底研究，得到了点电极高纯锗探测器领域国际上最低的400eV的能量阈值，这是我国首次实验测量得到10keV以下直到400eV范围内的多个低能X射线能量峰，特别是宇生放射性核素产生的低能X射线，并观测到了一些短寿命核素的衰变过程。