正電子湮沒(méi)技術(shù)(Positron Annihilation Technique，PAT)，是一項(xiàng)較新的核物理技術(shù)，它利用正電子在凝聚物質(zhì)中的湮沒(méi)輻射帶出物質(zhì)內(nèi)部的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、電子動(dòng)量分布及缺陷狀態(tài)等信息，從而提供一種非破壞性的研究手段，目前已經(jīng)成為研究物質(zhì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)、缺陷、疲勞等的新技術(shù)與手段。

正電子湮沒(méi)壽命譜（PALS）

正電子的壽命是正電子從產(chǎn)生到湮沒(méi)消失的時(shí)間，亦即正電子從放射源中產(chǎn)生到進(jìn)入材料后與電子湮沒(méi)的總時(shí)間。正電子產(chǎn)生的起始信號(hào)可以用22 Na放出的1.28MeV 的 γ 光子來(lái)代替，而湮沒(méi)消失的信號(hào)可以用正負(fù)電子湮沒(méi)產(chǎn)生的 0.511MeV 的 γ 光子來(lái)代替。

通過(guò)測(cè)量 1.28MeV γ 光子信號(hào)與 0.511MeV 的 γ 光子信號(hào)的時(shí)間差來(lái)測(cè)量正電子的壽命。正電子壽命能夠反映出許多材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)信息。?

?正電子壽命譜儀有兩種：快-慢符合譜儀、快-快符合譜儀。

快-慢符合正電子湮沒(méi)壽命譜儀的主要結(jié)構(gòu)包括閃爍體探測(cè)器、能量選擇的慢電子學(xué)電路、快信號(hào)定時(shí)電路、時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器、多道分析器，計(jì)數(shù)率比較低。

?快-快符合譜儀的正電子源夾在兩片相同的樣品之間，并置于兩探頭中間，探頭由BaF2晶體、光電倍增管XP2020Q及分壓線(xiàn)路組成。恒比定時(shí)甄別器（CFDD）既可以對(duì)所探測(cè)的γ光子進(jìn)行能量選擇，又可以在探測(cè)到γ光子時(shí)產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)。

???應(yīng)用示例

?多普勒展寬能譜（DBES）

能量變化的大小與湮沒(méi)前電子的動(dòng)量有關(guān)，因此可以通過(guò)測(cè)量多普勒展寬譜來(lái)獲取電子動(dòng)量的分部信息。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中常采用高能量分辨率的探測(cè)器對(duì)湮沒(méi)后的 γ 光子進(jìn)行探測(cè)。通過(guò)探測(cè)大量湮沒(méi)事件產(chǎn)生的 γ 光子可以獲得一條以 0.511MeV 為中心對(duì)稱(chēng)分布的湮沒(méi)光子能量分布曲線(xiàn)，及多普勒展寬譜，譜的形狀有電子的湮沒(méi)前電子的動(dòng)量決定，通過(guò)對(duì)能譜中峰的形狀進(jìn)行分析，可以獲得樣品中湮沒(méi)電子的動(dòng)量分布。

測(cè)量時(shí)，放射源和樣品形成“三明治”結(jié)構(gòu)并放置在 HPGe 探測(cè)器前。正電子湮沒(méi)后的 γ 光子經(jīng) HPGe 探測(cè)器、放大器和多道分析器處理后可得到多普勒展寬能譜。

?在進(jìn)行多普勒展寬能譜分析時(shí)，常用參數(shù)分析法。S 參數(shù)定義為在 510.24-511.76 keV 能量范圍內(nèi)的面積與在 501.00-521.00 keV 能量范圍內(nèi)的總面積之比；W 參數(shù)定義為在 513.6-516.9 keV 和 505.10-508.40 keV 能量范圍內(nèi)的面積之和與在 501.00-521.00 keV 能量范圍內(nèi)的總面積之比。S 參數(shù)反映的是材料中正電子與低動(dòng)量電子（傳導(dǎo)電子）的湮沒(méi)信息，當(dāng)材料內(nèi)部存在缺陷（空位、空位團(tuán)等）時(shí)，由于空位型缺陷呈負(fù)電性，正電子容易被此類(lèi)缺陷吸引和捕獲，最終在缺陷處湮沒(méi)，而空位缺陷處低動(dòng)量電子出現(xiàn)的幾率遠(yuǎn)大于芯電子，使得正電子與低動(dòng)量電子湮沒(méi)概率增加，進(jìn)而導(dǎo)致 S 參數(shù)增大，在多普勒展寬譜上表現(xiàn)為峰更高、更窄。

W 參數(shù)反映的是正電子與高動(dòng)量電子（芯電子）的湮沒(méi)信息，當(dāng)材料內(nèi)部存在析出相時(shí)，正電子容易被析出相捕獲并與析出相中原子的內(nèi)殼層電子發(fā)生湮沒(méi)，導(dǎo)致W 參數(shù)變大，在多普勒展寬譜上表現(xiàn)為峰更低、更寬。材料中的缺陷增加時(shí)，正電子被缺陷捕獲的概率會(huì)增加，導(dǎo)致 S 參數(shù)增加，進(jìn)而反映出材料中缺陷的信息。

??應(yīng)用示例?

?多普勒展寬能譜（DBES）

實(shí)驗(yàn)上能夠測(cè)量出兩個(gè)光子發(fā)射方向的夾角和光子能量的變化，這種測(cè)量叫角關(guān)聯(lián)測(cè)量。通過(guò)角關(guān)聯(lián)測(cè)量可以獲得固體中電子的動(dòng)量和能量信息。這對(duì)研究金屬中電子的能級(jí)及固體能帶結(jié)構(gòu)都是很重要的，此信息也用來(lái)研究材料缺陷。

樣品中正電子湮沒(méi)時(shí)同時(shí)發(fā)出的兩個(gè)夾角為180?，θ的γ光子經(jīng)過(guò)直準(zhǔn)器后分別為兩個(gè)探測(cè)器測(cè)出。

??應(yīng)用示例

?

?技術(shù)應(yīng)用

研究物質(zhì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)：用線(xiàn)性加速器的光束穿透材料，研究物質(zhì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)及變化。高分子聚合物方面：高分子薄膜研究中，可準(zhǔn)確探測(cè)高分子薄膜微觀(guān)缺陷（自由體積）尺寸、分?jǐn)?shù)、濃度、深度分布，在高分子薄膜微結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系、表面效應(yīng)、界面效應(yīng)等方面發(fā)揮積極作用。納米材料中研究晶粒界面結(jié)構(gòu)和界面缺陷分布。

疲勞損傷檢測(cè)：檢測(cè)機(jī)械、結(jié)構(gòu)第二層材料的疲勞失效，是非破壞性檢驗(yàn)中確定原子層結(jié)構(gòu)完整性、疲勞和脆裂問(wèn)題的重要技術(shù)。?

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