核分析课设：正电子湮没辐射角关联.ppt

正电子湮没辐射的角关联 13#604 04小奂荣誉出品 正电子湮没机理 测量原理 实验设计框图 实验机理分析 主要用途及发展动态 正电子源是能发生β+衰变的放射性同位素 高能正电子(0.54MeV)射入凝聚态物质后与周围发生一系列的非弹性碰撞,约在几个PS的时间内,能量降至声振动能量KT(0.025eV)的数量级。这个能量损失过程称为高能正电子的热化过程。热化后的正电子在材料中扩散,扩散阶段持续的时间因材料而异,大约在100-10000ps的范围内。 正电子湮没机理 正电子湮没机理 正电子可以在晶格中自由扩散,直至与电子湮没,这叫做自由态湮没； 也可以被带有等效负电荷的晶格缺陷或空穴所捕获(束缚)而停止扩散,最后在缺陷中湮没,称为缺陷捕获(束缚)态湮没。 在气体、液体中和某些固体(如结构疏松的聚合物)的表面,还可能束缚一个电子,形成正负电子共存的正电子素的束缚暂稳态,其结构类似于质子和电子构成的氢原子,而它的核心为极轻的正电子,其原子量只有氢的1/920,结合能为氢的1/2,然后再产生湮没。 正电子湮没机理 正电子与电子相互作用而湮没时，可以产生一个光子、两个光子或三个光子。发射单个光子时，要求有第三者（原子核或原子内层电子）存在，吸收反冲动量，这一过程的相对几率很小，可忽略。若正电子和电子的自旋反平行，则他们在湮没时发射两个方向相反的γ光子。若正电子和电子的自旋相互平行，则在湮没时发射三个光子。产生三个光子的湮没几率却远小于产生两个光子的湮没几率。根据计算，双光子湮没几率与三光子湮没几率之比为372:1。 正电子湮没的实验技术 1) 正电子湮没寿命谱； 2) 正电子湮没辐射角关联谱； 3) 多普勒展宽谱； 4) 慢正电子束技术 今天主要介绍的是正电子湮没辐射角关联的技术 测量原理 电子在湮没前，正电子已充分热化，其能量为0.01eV量级，动量近似看作零。这时若发生2γ湮没，那么两个0.511MeV的Y光子是共线的，以相反方向发射。这个结论只是在正负电子湮没对的总动量为零时才成立。尽管正电子经热化后动量可以近似看作零，由于材料中自由电子的动能往往为几个eV，相应的动量不为零，所以湮没对的总动量不为零，于是湮没辐射方向的夹角不是180度,而是与180度相差一个角度 ，如图所示。 θ 测量原理 　　图中的失量分解中，P表示湮没对的动量， 表示动量的纵向分量和, 表示湮没对动量的横向(垂直于光子的发射方向)分量。通常角非常小( 1度}，可以令 。湮没后，两个光子的动量为 和 ，按照动量守恒，有 θ 测量原理 通过动量与能量守恒关系，我们最终可得到 由于 角与材料中电子动量相联系，在某一方向上测量到的湮没事件的数目N（ ）表示了电子的动量分布，因此提供了材料中自由电子动量分布的信息，进而了解材料的性质。 θ θ 实验设计框图 实验设计框图 这是一维长狭缝角关联测量系统示意图。正电子源通常为64Cu、22Na、58Co，测量时相对于固定探头以Z方向为轴转动另一探头,测出符合计数率随角度的分布,就可以得到电子在某个方向上的动量分布。 该方法要求高精度的机械设备和强源(几十毫居里的点源)，典型的角分辨率为0.5mrad。 有些工作采用多探测器系统可作两维动量分布的测量。 实验机理分析 用角关联装置测量湮没γ的符合计数 随 的分布，称为一维角关联曲线。用横臂微分甄别器代替单道分析器可在较高的计数率情况下得到好的定时性能。每改变一角度，测定计数 ， 扫过全程，即得到 - 的曲线。 主要用途与发展动态 正电子湮灭技术现在已发展成为物理学家、冶金学家、生物学家和医生们的得力研究工具之一。被研究的物质形态及其发展，包括金属、离子化合物、共价绝缘体化合物，半导体的高分子化合物，也包括固体的单晶、多晶、非晶体、液晶和生物膜等等。 正电子与物质相互作用，对于电子非常敏感，可用来研究物质结构方面的问题，如空位、空位团、位错以及微空洞和多种色心等原子尺度范围的缺陷。