低本底装置

 

现代物理学实验中的极低放射性水平实验(ultra-low level of radioactivity experiments),如暗物质WIMP粒子直接测量、无中微子双β-衰变(0νββ衰变)测量等实验,要求实验装置的辐射本底极低。由于这些实验本底要求很低,这就要求组成极低放射性水平实验装置的材料、以及装置加工制造工艺流程中所使用的所有材料的放射性核素活度都要很低,核素含量要在~1 mBq/kg左右,且越低越好。

因此,为了保障极低放射性水平实验达到预期的本底水平,必须建设测量限达到μBq/kg水平的超低本底测量装置,以完成极低放射性水平实验材料筛选与测量的任务。国外早就开始建设极低本底测量装置,而国内之前一直囿于我国没有自主的地下实验室而缺乏相关工作条件。

中国锦屏地下实验室(CJPL)建成后,清华大学工程物理系低本底研究团队即开始在CJPL开展超低本底测量装置的研制工作。目前,低本底工作组已依托CJPL建成国内首批两套超低本底伽马谱仪(GeTHU),正为CDEX暗物质探测实验、大亚湾中微子实验等前沿物理实验提供超纯材料测量和筛选服务。

现有GeTHU-超低本底谱仪的积分本底计数率为0.5cpm,比地面最好的反宇宙线谱仪的本底水平低了10倍,探测限<1mBq/kg,达到了国际超低本底测量装置的先进水平。

2014年2月,第2套超低本底伽马谱仪(GeTHU-Ⅱ)进驻CJPL。该套谱仪基于宽能高纯锗探测器,能量分辨率好,并采用气密手套箱结构,有效降低了环境氡气对谱仪本底的影响。