正电子湮没谱学-笔记.docx

PAGE \* MERGEFORMAT- 20 - 目 录  TOC \o 1-3 \h \z \u  HYPERLINK \l _Toc472089650 正电子湮没谱学简介  PAGEREF _Toc472089650 \h - 2 -  HYPERLINK \l _Toc472089651 正电子湮没寿命谱  PAGEREF _Toc472089651 \h - 6 -  HYPERLINK \l _Toc472089652 正电子湮没多普勒展宽能谱  PAGEREF _Toc472089652 \h - 8 -  HYPERLINK \l _Toc472089653 正电子湮没角关联谱  PAGEREF _Toc472089653 \h - 10 -  HYPERLINK \l _Toc472089654 慢正电子束流技术  PAGEREF _Toc472089654 \h - 11 -  HYPERLINK \l _Toc472089655 脉冲慢正电子束  PAGEREF _Toc472089655 \h - 13 -  HYPERLINK \l _Toc472089656 装置配件  PAGEREF _Toc472089656 \h - 14 -  HYPERLINK \l _Toc472089657 文献分析  PAGEREF _Toc472089657 \h - 18 -   正电子湮没谱学简介 e+和e-具有相等的静止质量m0=9.1×10-31kg，所带电荷的数值都为单位电荷e=4.8×10-10静电单位，但电荷性质相反，二者具有相等的磁矩ge/(2m0c)。正电子（positron）湮没是指高速运动的正电子从放射源射入凝聚态物质中，在与周围达到热平衡后就会与电子、带等效负电荷的缺陷或空位等发生湮没。应用有研究形变、材料中各种相变过程、固体能带结构和费米面、材料表面和表面结构及缺陷。 实验使用的正电子主要有两个来源，即高能加速器电子的对产生和放射性核素的β+衰变。高能加速器产生的电子在物质中减速会发生韧致辐射而产生光子，如果次级光子能量大于电子静止质量的两倍，将有一定的几率发生电子对效应产生正负电子，是产生正电子的极好方法。但目前实验室普遍采用的方法是放射性核素的衰变，因为其使用方便，价格相对低廉，但强度小，增加了实验时间。能级图上可以看出，在负能级和正能级之间至少存在着大约1.022MeV的间距，所以为了产生一个正负电子对，电子海中的一个电子必须要吸收大于1.022MeV的能量才能跃迁到正能级上。相反如果正能级上的电子向下跃迁到负能级空穴（正电子）中，则会释放出等于或大于1.022MeV的能量，这些能量以γ光子的形式释放，伴随着γ光子的产生，正负电子对的质量转化为γ光子的能量。最大的可能是释放两个γ光子，这样每个γ光子的能量为0.511MeV，所以说0.511MeV是正电子的特征谱线。 正电子在探测物质微观结构时具有鲜明的特色：①选择性和灵敏性，由于捕获效应，正电子对低原子密度区域具有选择性，只要缺陷浓度达到10-7就可探测到；②局域性，正电子的湮没信息反映的是材料中纳米尺寸的局域信息，所以正电子成为了探测物质表面、界面、体内各种微观缺陷或自由体积的灵敏探针；③普适性，由于正电子谱学研究的是电子体系，因而对样品无特殊的要求，可研究的范围是非常广泛的。具体来说，正电子湮没谱学在固体物理和材料科学中的一些主要应用如下： 研究金属材料的形变、疲劳、淬火、辐照、掺杂、氢损伤等在材料中所造成的空位、位错、空位团等缺陷以及研究这些缺陷的退火效应。 研究材料中各种相变过程，如合金中的沉淀现象、马氏体相变、非晶态材料中的晶化过程、离子固体中的相变、液晶及其他高分子材料，聚合物中的相变。 研究固体的能带结构、费米面、空位形成能等。 研究材料的表面、表层结构和缺陷。 正电子湮没技术是探测固体内部的微观缺陷和电子结构的实验手段。对固体内部的微观缺陷十分敏感，即使固体内部仅存极少量的缺陷亦能探测到，PAT研究的是样品中原子尺度的缺陷，而且正电子技术是一种无损检测方法。正电子在真空中非常稳定，其半衰期超过2×1021年，但在固体中会和电子很快湮没，平均寿命仅为几百皮秒。正电子主要以两种形式湮没，第一种是自由湮没，第二种是捕获态湮没或者其他正电子束缚态湮没。正电子和电子在碰撞瞬间发生湮没称为自由湮没，湮没放出单光子、双光子、多光子。双光子湮没的概率比三光子湮没的概率大372倍，比单光子湮没概率大8个数量级。正电子双光子湮没率取决于湮没区域中电子的密度，而寿命是湮没率的倒数，因此电子密度越大，湮没率越大，正电子寿命