暗物质、暗能量是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的两朵乌云，它将预示着物理学的又一次革命。星系旋转曲线的精确测量结果以及子弹星系团的发现是暗物质存在的强有力支持，根据宇宙学的限制以及与理论模型的预言，弱相互作用大质量粒子(WIMP)是被大多数物理学家所接受的一种暗物质粒子的候选者。　　根据WIMP粒子与标准模型粒子之间可能存在的相互作用，WIMP的探测方式可以分为:直接探测、间接探测以及加速器探测三种方式，其中暗物质直接探测是目前最为热门的实验方向之一。针对不同的理论模型，暗物质直接探测实验主要有两个方向:自旋无关的暗物质直接探测以及自旋相关的暗物质直接探测。现阶段，自旋无关暗物质直接探测实验的灵敏度已接近中微子本底，而自旋相关的暗物质探测实验却是一个名副其实的“浅矿区”。现有自旋相关探测实验规模小、灵敏度低，具有很大的发展潜力。根据相关理论模型及对现存暗物质探测实验的相关调研，本文选定晶体作为靶物质来进行自旋相关暗物质直接探测实验的相关研究，文章中对可能应用于暗物质直接探测实验的晶体进行了灵敏度估计。计算结果表明，利用一吨的CaF2（Eu）或者BaF2晶体稳定运行一年便可取得非常好的物理结果。　　晶体作为最早应用于暗物质探测的实验靶物质之一，有众多的优点，如探测器技术成熟、性能稳定等。然而暗物质本身的性质却对探测器提出了新的要求:好的neutron/γ分辨能力与大的质量。目前，各个实验关于晶体的neutron/γ分辨能力的测试结果结果不一致，因此在将晶体应用于暗物质探测实验之前，对晶体进行中子束流测试是十分必要的。本文的主要工作之一便是对CsI（Na）、CaF2(Eu)以及BaF2晶体进行了束流测试，本工作获得了同类实验中最为准确的飞行时间谱，准确地挑选出了中子弹性散射事例，进而获得了三种晶体的淬灭因子。本文中还提出一种新的品质因子的判别条件，将KIMS实验获得的CsI(Na)的品质因子提高了一个量级。BaF2晶体在低能端没有表现出好的neutron/γ分辨能力，然而在高能端却表现出非常好的neutron/γ分辨能力，意味着BaF2晶体对非弹性散射暗物质具有很好的探测能力。　　除此之外，晶体难以大规模应用于暗物质直接探测领域的另外一个限制因素是晶体难以长成大块，这主要受限于现阶段的晶体生长水平。故如何获取大质量的晶体也是实验中必须要解决的一个重大问题。本文中另一项主要工作便是解决晶体难以做大这一难题，通过模拟发现，将小块晶体放置于合适的匹配液之中便可使其表现出与大晶体相似的性质。为检测模拟结果的准确性及测试探测器性能，作者搭建了一个晶体模型探测器，测试结果表明此方案可以有效消除晶体之间的界面，将组合晶体与整块晶体之间的差异由17.9％降低到3.3％，测试结果与MC模拟结果基本一致。　　本文中介绍的工作对自旋相关的暗物质直接探测实验具有一定的指导意义，CaF(Eu)与BaF2不具有足够好的neutron/γ分辨能力，因此在将其应用于暗物质直接探测实验之前，必须设法降低其内部本底并选取新的判别因子来提高其neutron/γ分辨能力。利用将小块晶体浸泡在白油匹配液中的方式，可以很好地解决晶体难以做大在暗物质直接探测领域应用的限制问题。