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暗物质探测已成为21世纪物理学界最重要的课题之一。弱相互作用重粒子(Weakly Interacting Massive Particles,WIMPs)被认为是最有可能的暗物质粒子候选者。因它与物质作用截面极小,直接探测暗物质要求极低的本底环境。中国暗物质实验(CDEX)计划利用吨量级低能量阈高纯锗(HPGe)探测器开展低能量暗物质直接探测工作。为了进一步降低实验本底,CDEX第一阶段CDEX-1实验的质量为1kg的高纯锗探测器使用碘化钠反符合探测器。随着HPGe探测器质量增大,固态的NaI反符合探测器已无法满足实验要求。作为CDEX项目的第二阶段,CDEX-10实验使用10 kg HPGe探测器作为主探测器,并计划利用液氩(LAr)作为HPGe探测器的反符合探测器。这是世界上首个以LAr探测器作为反符合探测器的暗物质直接探测实验。本课题作为CDEX-10 LAr反符合探测器的预研课题,主要研究工作有:(1)设计、研制了一套小型LAr探测器实验平台。掌握了LAr探测器的实验原理和实验流程,建立了一套LAr探测器数据处理方法。这些方法与经验将为CDEX-10 LAr反符合探测器的运行提供借鉴。(2)小型LAr探测器光电子产额的实验测量与蒙卡模拟研究。研究了PMT的关键性能,测量得到了PMT的绝对增益、分辨率和峰谷比等关键参数。测量了小型LAr探测器对不同入射位置662 keVγ射线的能谱,得到了对应的光电子产额为0.051~0.079 p.e./keV,并结合蒙卡模拟确定了小型LAr探测器的闪烁光产额LY、LAr对闪烁光的吸收长度L和Teflon表面的反射率R等关键参数。这些参数被应用于CDEX-10 LAr反符合探测器的模拟计算,评估反符合探测器的预期性能。(3)氩闪烁光信号波形的研究。研究了未经纯化的氩的波形甄别特性,观察到了γ粒子事件和α粒子事件的快成分比重参数Fprompt有显著的差异,为进一步研究LAr反符合探测器的粒子甄别效率提供了可能性。还研究了闪烁光慢成分时间常数与氩纯度的关系,可作为实时监测氩纯度的手段。(4)通过蒙卡模拟评估CDEX-10 LAr反符合探测器的预期性能,并对CDEX-10探测器系统的设计和结构提出优化建议。模拟得到了当前实验条件下,CDEX-10 LAr反符合探测器的能量阈值和反符合效率,预测了经过反符合后可将CDEX-10的本底降至0.1 cpkkd的物理目标以下。