高密度聚乙烯材料屏蔽暗物质在锦屏实验室中的应用
发布时间：
2023-10-21 08:28
高密度聚乙烯材料屏蔽暗物质在锦屏实验室中的应用
近几年我们对于暗物质的探测器研发，关键材料的进展有了很大突破，而暗物质，也越发引起了更多公众的关注。我们在暗物质探测器的领域，获得重要的材料突破。
由于暗物质难以被发现，科学家需要建设深地实验室——锦屏地下实验室，其实验室的屏蔽材料选用的高密度聚乙烯HDPE材料，高密度聚乙烯的分子组成为C和H元素，H氢元素可慢化快中子，氢元素含量越高其漫化作用越强，高密度聚乙烯屏蔽材料是目前屏蔽快中子ZUI好的慢化剂，地下实验室的主要中子来源是岩石中的自发裂变和(α,n)反应，它们发射的快中子需要有效慢化，才容易被吸收屏蔽。
快中子的慢化过程是不断地与材料中的原子核发生弹性散射，使得中子的动能转移到靶核，由于散射角的不同，中子损失的能量在一定的范围内。在质心系中，弹性散射是各向同性的，可以依据散射角对中子发生弹性散射的平均能量损失进行计算。由于平均能量损失与中子初始动能相关，引入平均对数能量损失ξ，表示弹性散射前后中子能量比值的自然对数。平均对数能量损失ξ随着A增大而降低，即越轻的原子越有利于中子的慢化。
大型特种高密度聚乙烯屏蔽仓锦屏实验室的聚乙烯屏蔽舱体长51.9米、宽9.78米、高7.9米，厚度均为1米，主要采用厚度为100毫米的高密度聚乙烯板无粘接铺装组成，重1800多吨。是由六面厚度均为1米的高密度聚乙烯块围护而成，为了ZUI大程度地发挥屏蔽作用，仓体采用10层、每层100mm厚的高密度聚乙烯板无粘接纵横交错、层叠而成，使得任一位置垂直于板面方向的拼缝累计深度（通缝）均不大于100mm。通过此方法构建的聚乙烯屏蔽仓可以实现外部伽马射线10-4 cpkkd辐射本底指标，达到世界Dingjian水平。为实验设备进驻和启动暗物质探测实验奠定了坚实基础。将有力推动我国科技进步，进一步提升自主创新能力和国际影响力。
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