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天文学观测表明,暗物质占宇宙物质组成的约85%,对于暗物质的深入研究有助于人类认识物质的起源、宇宙结构的形成与演变,是最重要的基础前沿课题之一。弱作用大质量粒子(Weakly Interacting Massive Particle,WIMP)是最有可能的暗物质候选者之一。低质量WIMP探测区域(m_χ<10GeV/c~2)不仅竞争十分激烈,而且不同实验组给出的结果还存在着一些矛盾。因此,低质量WIMP的探测是当前暗物质探测的热点。CDEX实验是清华大学领导的使用点电极高纯锗探测器进行暗物质直接探测的实验。本课题作为CDEX-10实验的一部分,在国际上首次尝试并成功使用液氮直冷真空封装的高纯锗探测器进行暗物质直接探测实验,是CDEX实验从单体冷指制冷向液氮直冷阵列探测器迈进的重要一步。在CDEX-10实验第一阶段,本论文成功实现其中两个探测器C10B-Ge1和C10C-Ge1在液氮恒温系统中的稳定运行,并搭建了一套基于C10B-Ge1探测器和C10C-Ge1探测器的暗物质直接探测系统。通过对探测器性能的研究与比较,在C10B-Ge1探测器上获得了极低的能量阈值(160eVee)和极低的本底水平(在2-4keVee能量区间本底水平达到2cpkkd),对质量小于10GeV/c~2的低质量暗物质具有极好的探测灵敏度。由于更低的能量阈值和更低的本底水平,C10B-Ge1探测器对低质量暗物质拥有更好的探测灵敏度。本课题针对C10B-Ge1点电极高纯锗探测器,建立了一套完整、有效的数据分析方法。首次在暗物质实验关注的低能区(0-12keVee)发现并验证了超快体事例的来源,获得了上升时间分布的精细结构,优化并拓展了基于计数率比例的体/表面事例甄别方法,进一步提升了点电极高纯锗探测器暗物质候选事例筛选能力。将C10B-Ge1探测器的本底体事例能谱阈值下推至160eVee。同时,在本底体事例能谱上,将160eVee能区的事例率从34cpkkd降低至~2.5cpkkd。CDEX-10实验第一阶段运行稳定,获得了150.5天的本底数据。经过数据筛选和信号甄别,最终获得了基于C10B-Ge1探测器的102.8公斤·天曝光量的实验数据。通过对本底的理解和分析并利用WIMP散射模型和最小二乘法,获得了低质量暗物质极具国际竞争力的实验结果。获得了点电极高纯锗探测器自旋无关和自旋相关反应国际最灵敏的实验结果,特别在4-5GeV范围内自旋无关结果达到国际最好水平。