暗物质问题是当今物理学中的重大课题,预示着新物理的到来。宇宙学上要求暗物质存在并且是低温无碰撞型的。针对低温无碰撞暗物质,粒子物理学上在标准模型之外提出了多种候选者。其中超对称模型(SUSY)给出的弱相互作用重粒子(WIMPs),由于有着自然的宇宙演化热产生机制,是最热门的候选者。对WIMPs的实验探测,对新物理的发展具有重要意义。探测机制主要有两种,一种是直接探测,一种是间接探测。　　 空间暗物质间接探测实验是暗物质探测的一个重要方面。探测对象是暗物质湮灭产生的长寿命的粒子,其中所谓的gamma湮灭线是暗物质粒子存在的判定性证据。本文研究内容之一是设计一个搭载于中国空间站的具有国际竞争力的暗物质探测器。3D成像数字量能器方案是本研究提出的一个创新性设计。该设计与传统方案比较具有探测视野大,功耗低的优势。　　 本工作对探测器性能进行了Monte Carlo(MC)模拟研究。基于MC数据开发了能量重建,角度重建,粒子鉴别等数据处理算法,得到了探测器的基本性能参数。结果显示该设计能够满足设计要求。　　 本工作对探测器的构建方案进行了实验研究。通过对器件的性能分析及实验测量,确定了由Csl(Na)晶体、波移光纤螺旋、像增强器和ICCD相机构成的具体方案。制作了小探测器阵列系统,进行了宇宙线测试,验证了该方案的可行性。　　 本文的另一项主要内容是暗物质直接探测实验研究。直接探测的对象是暗物质粒子在靶物质上的稀有核反冲事例。对电子反冲本底的排斥技术是直接探测实验的关键。本研究首次发现Csl(Na)晶体具有快发光成分,并且快慢成分的比例对于不同dE/dx的粒子是不同的.因此该晶体可以很好的区分核反冲与电子反冲信号。中子束流实验表明,对电子反冲本底的排斥能力达107量级。本研究发现随着温度的降低该晶体的快成分变强,慢成分减弱,适当低温可以提高本底排斥能力,同时降低探测阈值。本研究详细考察了Csl(Na)的发光过程,阐明了快慢发光对应两种不同的发光机制,定性的解释了实验现象。以上几项工作引导了使用Csl(Na)晶体进行暗物质探测的方向。