分析正电子的湮没寿命或者电子的动量分布
正电子湮没谱实验数据处理方法
正电子湮没谱实验数据处理方法陈志权1． 正电子寿命谱分析方法:通常正电子湮没的寿命谱可以写为一到几个指数成分之和：∑==ni i I t L 1i(1) texp(-)(τ其中τi 及I i 为正电子在处于不同湮没态时的湮没寿命及其强度。
上式是在理想情况下的正电子寿命谱表达式。
在实际测量中，由于仪器存在时间分辨率，我们测量所得到的寿命谱变成了理想寿命谱与谱仪时间分辨函数的卷积：∑∫=∞′−′′−=ni t i t t d e t t R I N t Y i 1(2) )()(λN t 为实验测量寿命谱的总计数。
R(t)为谱仪的时间分辨函数。
通常认为是高斯函数形式：(3) 2log 2,1)(2)/(FWHM e t R t ==−σπσσ其中FWHM 为高斯函数的半高宽(Full Width at Half Maximum)，σ为标准偏差。
则Y(t)可变换成如下的形式：(4) )/2/(21)(2)2/(1σσλσλλt erfc e I N t Y i t n i i t i i −=+−=∑其中，erfc(x)称为误差余函数，它的定义为：(5) 21)(1)(02dt e x erf x erfc xt∫−−=−=π在正电子寿命谱中，时间零点不是在t=0，而是在t 0处。
因此上式实际上为：(6) 2(21)(0)2/()(120σσλσλλt t erfc e I N t Y i t t n i i t i i −−=+−−=∑另外，在实际的正电子寿命谱测量中，Y(t)通常是以多道分析器(MCA)中每一道的计数来表示的。
为考虑道宽的影响，应建立每道中计数的数学表达式，即第j 道的计数Y j 应为从时间t j-1到t j 的积分，即为：(7) )(1dt t Y Y jj t t j ∫−=(8) )]()([201101,,σσλt t erf t t erf Y Y I Y j ni j j i j i iij −+−−−=−=−∑ 式中： (9) 2()2/()(,20σσλσλλt t erfc eY j i t t j i i j i −−=+−−利用高斯-牛顿非线性拟合算法，对实验测量的正电子寿命谱进行拟合，即可得到正电子在各个湮没态下的寿命τi及其强度I i。
正电子湮没寿命谱
正电子湮没寿命谱
正电子湮没寿命谱是一种重要的粒子物理学测量工具。
它可以用来研究物质中的电子和正电子的相互作用，从而深入了解物质的组成和结构。
正电子湮没寿命谱测量的原理是，正电子在物质中遇到电子时会发生湮没，产生两个光子。
这两个光子的能量和动量都与原始正电子的能量和动量相等，但方向则是随机的。
通过测量这两个光子的时间间隔和相对能量可以确定正电子的寿命。
由于正电子的寿命非常短，通常只有几纳秒，所以正电子湮没寿命谱需要用到高精度的时间测量和能量分辨技术。
利用正电子湮没寿命谱可以研究固体、液体、气体等各种物质的性质，还可以用来检测材料的缺陷和探测生物分子的结构。
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正电子湮没寿命谱数据处理方法
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ａｎｄ ｍｅｉｒ ｃｏ玎ｅｓｐｏｎｄｉｌｌｇ ｗｉｔｌｌ廿ｌｅ ｆｉｔｔｉＩｌｇ
ｆｉｔｔ吨ｏｆ ｔｈｅ ＰＡＬＳ ｈａＳ ｂｅｅｎ ａ仕ｅｍｐｔｅｄ．Ｔｈｅ ｌ漱ｉＩｌｌｅｓ
ｅａｃｈ ｃｏＩｎｐｏｎｅｎｔ
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ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ
而且能较方便地制成适合于正电子寿命谱测量所用的源（源强为几ｐＣｉ～几十ｐＣｉ）；它的
能量为１．２８ＭｅＶ的伴随丫射线很适合于作为寿命谱的起始信号。轴ａ衰变产生的正电
子能谱连续分布，峰值为１７８ ｅＶ，最大值为Ｏ．５４５ ＭｅＶ，其衰变纲图如图１－２所示。
珠ａ
２２Ｎｅ
激发态
丫’
２２Ｎｅ
基态 图１＿２ ２２Ｎａ的衰变纲图 Ｆｉｇ
（１．１）
变成丫光子的现象，这个现象称为正电子湮没。根据ｅ＋每对湮没后发射光子的数目不同， 可分为单光子湮没、双光子湮没和多光子湮没。以双光子湮没为例，如果ｅ＋．ｅ。对湮没前 是静止的，按（１．１）式，湮没后所产生的两个丫光子的能量均为５１ｌｋｅＶ。图１．１是ｅ＋吒－
双光子湮没示意图。
广西大学硕士掌位截咒炙
１．１．１正电子与正电子湮没 正电子（ｅ＋）是电子（ｅ－）的反粒子，Ｄｉｍｃ于１９３１年首先在理论上预言了它的存
正电子湮没实验方法_lx-1
正电子湮没技术
• 正电子源
• 源的活度由所研究的课题及实验装置决定
• 角关联测量：不考虑辐射损伤，活度从毫居到居
• 寿命测量：源活度是最大允许偶然符合率的函数
• 偶然符合指来自不同核事件的1.27MeV和0.51MeV光子 间发生的
•
源活度A
=
允许的偶然符合率 所研究的时间区间∗真符合率
• 例：时间区间为100ns，允许偶然符合率与真事件符合 率之比为0.01，则源活度应为105Bq。
• 能量变化的大小与电子动量有关。所以从湮没γ 能谱的测量可以获得介质中电子动量分布信息。
正电子湮没技术
• 3.多普勒展宽测量
• 装置
• 用高能量分辨本领的固体探测器可以探测正电子 湮没辐射的多普勒展宽；
• 高纯锗探测器测到的湮没信号经逐步放大后输入 多道分析器MCA，得到湮没辐射的能谱。
主放大器
• 1.正电子寿命测量
• 3）恒比定时甄别器(CFD)或恒比微分甄别器 (CFDD): 产生定时信号控制时幅转换TAC。
• 恒比定时甄别器(CFD)：用于快--慢符合系统的快 通道，是为了克服光电倍增管输出脉冲的噪声和 波形涨落引起的时间误差(晃动)，和输出脉冲上 升时间、幅度不一致引起的时间游动(时移)对脉 冲前沿定时的影响。
正电子湮没技术
• 3.多普勒展宽测量
• 优点：
• 多普勒展宽谱仪的计数率比角关联系统大近一百 倍，测量时间短，一般用5μCi的源测量1小时就 足以满足统计精度，试验成本低。
• 缺点：
• 此系统的分辨率不够高。目前Ge探测器最好的能 量分辨在511KeV处为1keV，相当于4mrad的等效角 分辨率，这比角关联装置的分辨率大约差一个数 量级；
铝纳米晶的正电子湮没研究
铝纳米晶的正电子湮没研究本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！1 引言纳米晶材料具有明显不同于粗晶材料的物理和化学性能, 如高自扩散率、高延展性、声子比热容增强、磁性改变. 这些优异性能与其本身具有的体积比相当大的界面微观结构有关. 纳米晶的界面处通常存在大量缺陷, 如空位、空位团、微孔洞等,而缺陷的大小和浓度与制备纳米晶的工艺等因素有关.正电子湮没寿命谱已广泛应用于研究纳米晶材料晶界的微观缺陷[5−13], 提供缺陷的类型和浓度等信息. 已有的文献报道主要集中于纳米晶Fe,Cu, Pd, Ag 等微结构以及热稳定性的研究. 目前仅有曾小川利用正电子湮没技术研究了不同制备工艺对制备的铝纳米粉体缺陷的影响, 尚缺乏相关制备工艺对铝纳米晶的缺陷影响的研究.本文拟采用自悬浮定向流-真空热压法制备铝纳米晶, 并运用正电子湮没寿命谱分析技术研究铝纳米晶在压制过程中缺陷变化情况, 着重分析压力变化对材料缺陷状态的影响. 在通过压制纳米粉体制备纳米晶过程中, 不同的压力势必影响样品中缺陷的类型及其浓度. 这些微观结构的改变将影响材料最终的物理化学性能. 因此, 微观结构的研究对于材料的生产和应用有重要的指导意义.2 实验样品制备以纯度为% 的铝丝为原料, 采用电磁感应加热-自悬浮定向流法制备出铝纳米粉末颗粒,并将所制备的铝纳米粉末移至真空手套箱中. 在惰性气体(高纯氩气)保护下, 称取一定量的铝纳米粉, 装入直径为15 mm的硬质合金模具中, 密封后取出, 移入真空热压块体制备设备中, 待真空至真空度优于× 10−3Pa后升温, 在相应的温度(300◦C)和压强(0—1 GPa)下保压1 h, 制备出5个不同密度的铝纳米晶体(按照密度从低至高分别为1—5号样品).性能表征本实验采用阿基米德原理(以无水乙醇为介质)测定铝纳米晶体的密度(测试温度为◦C);采用D/max-IIIA 型X射线衍射仪(XRD)进行测试, 以CuKα (λ = Å)为X射线源, 扫描范围2θ = 30◦—90◦; 正电子寿命谱是在常温下利用快-快符合正电子寿命谱仪测量, 采用22NaCl正电子源, 测量寿命谱时用两片相同的样品夹住正电子源成三明治结构. 每个样品测量8次, 每一个寿命谱的总计数都在106以上, 并且都采用PATFITP 软件进行3个寿命分量拟合. 另外也将纯铝进行退火后进行正电子湮没寿命谱测试.3 结果与讨论XRD分析利用X射线衍射, 测量了铝纳米晶体的XRD谱图(见图2). 由布拉格公式, 可以推出XRD谱出现的5个铝的特征峰, 从左到右分别对应面心立方(FCC)结构Al的晶面指数(111), (200), (220),(311), (222). 假定衍射线的宽化仅由晶粒尺寸造成, 扣除仪器因素引起的几何宽化, 通过Scherrer公式计算得出5个铝纳米晶体样品的平均晶粒尺寸约为48 nm, 晶粒尺寸没有明显变化. 可见在300◦C温度下, 不同压制压强对制备的样品的晶粒尺寸基本没有影响.正电子湮没寿命分析正电子寿命谱的三寿命分量实验制备的5个铝纳米晶的正电子湮没寿命谱由三分量构成: 短寿命τ1为177—214 ps,其对应强度I1为%—%; 中间寿命τ2为352—390 ps, I2为53%—67%; 长寿命τ3为1113—2366 ps, I3为%—%. 寿命和对应强度的具体值与压制压强有关.压制压强对正电子寿命谱的影响铝纳米晶的平均正电子寿命与压强有关: 随压强增加, 平均正电子寿命τm(τm=τ1I1+ τ2I2+ τ3I3)大体趋势是降低的, 即由311 ps降至301 ps. 由于平均正电子寿命τm与三种类型缺陷(类空位、空位团和微孔洞)的总体积尺寸相关,图4 表明缺陷的总体积随压强的增大而减小.显微硬度纳米金属块体材料的显微硬度属于结构敏感量, 不仅与材料本身的微观状况(晶粒大小, 制备过程和制备方法)有关, 而且还与缺陷及其大小有关.表面气孔等缺陷的存在会显著降低显微硬度. 增大压力可提高样品密度以及减小缺陷尺寸和数量, 从而可望提高样品硬度. 图9为铝纳米晶的显微硬度与压制压强的关系, 可见随着压强的提高, 铝纳米晶的密度增加, 从而使其显微硬度提高.4 结论正电子湮没寿命测试表明自悬浮定向流-真空热压法制备的铝纳米晶的微观缺陷明显不同于粗晶纯铝, 其缺陷主要为类空位以及空位团, 而微孔洞的含量很少. 铝纳米晶微观缺陷结构与压强的变化规律为: 压制压强(P)低于GPa时制得的纳米晶, 空位团随压强的增加而逐渐转变为类空位;在GPa P GPa时, 各类缺陷发生消除; P GPa时, 各类缺陷进一步发生消除.随着压强的提高, 铝纳米晶的密度增加, 缺陷的尺寸和数量相应地减少,从而增加其显微硬度.本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！。
Scu正电子湮灭寿命谱——刘家威,黄永明,唐奥
正电子湮没寿命测量刘家威黄永明唐奥（四川大学物理科学与技术学院核物理专业四川成都610065）摘要：本实验利用22Na衰变放出的1.28MeV的γ射线及其放出的正电子在样品中湮灭放出的0.511MeV的γ射线测量正电子在样品中的寿命。
实验中使用快符合电路及恒比微分甄别器电路对两种γ射线的时间和能量信息进行甄别符合，采用时幅转换电路(TAC)将获得的时间信息转换为幅度信息，并输入到多道分析器中。
最后，利用POSFIT软件对获得的谱线进行解谱得到正电子在样品中的湮灭寿命。
关键词：正电子湮没寿命谱符合法恒比微分甄别器能窗调节Positron annihilation lifetime measurementLiu JiaWei Huang YongMing Tang Ao(Sichuan University,college of physical science and technology,in Chengdu,Sichuan610065) Abstract:Through utilizing theγradiation of22Na and theγradiation generated by the annihilation of positrons which is radiated by22Na,this experiment measures the annihilation lifetime of positrons in the sample material.In this experiment,the instruments of Fast Coincidence and CFD are used to analyze the timing and energy information of the two types ofγradiations.And the time information is finally changed to amplitude information by TAC and input into the Multi-channel Analyzer.The annihilation lifetime positrons can be gained through spectrum unfolding in POSFIT.Keywords:Positron annihilation Fast coincidence method Lifetime spectrum Constant ratio differential discriminator Energy window regulator引言：1928年，狄拉克发表论文称，电子能够具有正电荷与负电荷。
物理效应及其应用—其它物理效应
这种非均匀介电常数短时间（或高频）的“电容性” 电压分布，演变为非均匀电阻率的长时间（或低频）的电
阻性电压分布的弛豫现象，称为麦克斯韦－瓦格纳效应。
第十页，共36页。
麦克斯韦－瓦格纳效应
•可以通过分析如图6-8所示的双层结构来 理解这个效应,图(a) 表示介电常数和电导
率分别为 １、２ 和 １、２的双层结
一连串冲击阻力，由上可知，光子原子共振散射的净效果是原子在运动的相反方向受 到阻力，称为散射力。散射力大小比例于光子动量和散射速率（即单位时间内原子散 射光子数目）。
在共振散射时，散射力最大,随着原子速度减小,由于多普勒效应，共振散射条件得不到满 足，阻尼效果变坏。为了在原子减慢下来时，仍保持大的阻尼散射力，一个曾经用过的方 法是调谐激光频率，以抵消多普勒频移。
第二节 弹 光 效 应
•1816年Sir Davld Brewstet 发现透明 的各向同性物质会由于应力而出现 光学各向异性，原来不具双折射的各 向同性物质表露出力致双折射的现象， 称为弹光效应（photoclasticity）。
•各向同性的透明材料，在压力或拉 力作用下好似成了负的或正的单轴晶 体，光轴处于应力方位，诱导出的双 折射效应正比于应力。
卡斯米尔效应
正电子湮没实验报告
【实验目的】
通过正电子湮没寿命谱研究样品微观结构 变异 【实验环境】 1、软件环境：windows xp，Mca32 2、实验仪器：氟化钡闪烁体光电倍增管探 测器，ortec556 高压电源，ortec583B 恒 比甄别器（ CFD ） ， ortecDB463 延时箱， Ortec566 时幅转换器， ortec414A 快符合， ortec416A GATE ＆ DELAY GENERATOR ， TRUMP-PCI-8K 多道分析器(MCA)，TDS1012 示波器，Na-22 放射源，铝片 （1）塑料闪烁探测器 塑料闪烁探测器由塑料闪烁体及光电倍增 管组成。 当γ光子射入塑料闪烁体内时可发 生康普顿效应， 所产生的反冲电子的能量被 闪烁体吸收而发生闪烁光。 利用光电倍增管 把微光放大并转换成电脉冲输入到相应的 电子学线路中进行测量。 光电倍增管由一个 光阴极和多个倍增电极（通常又称为打拿
将表中的数据进行拟合， 使用道宽作为 横坐标，时间作为纵坐标，以得到每道的时 间。用matlab求得斜率为0.0125。 所以，本次时间刻度为0.0125ns/ch。 3、时间分辨率
图 延时为14ns时的瞬发峰
谱仪的时间分辨率定义为瞬发峰的半 高宽。选择一个恰当的延迟时间，本实验选 择的延时为14ns，等到符合计数超过3000
22
Na
放射源，它的衰变过程如图所示。 。当它发 生β 衰变时，主要产生动能为0-540keV的
【实验原理】
1、正电子与正电子湮没 正电子（e+）是电子的反粒子，它的许 多基本属性与电子对称。 它与电子的质量相 等，带单位正电荷。它的磁矩与电子磁矩大 小相等，符号相反；正电子遇到物质中的电子会发生湮没。这时，电子与正电子消失， 产生若干γ射线。 从放射源发射出的高能正 电子射入物质中后，首先在极短时间内（约 10-12s 以下）通过一系列非弹性碰撞减速， 损失绝大部分能量至热能， 这一过程称为注 入与热化。 热化后的正电子将在样品中进行 无规扩散热运动， 最后将在物质内部与电子 相遇后一起消失并放出光子， 这个过程就是 正电子湮没。 从正电子射入物质到发生湮没 所经历的时间一般称为正电子寿命。 由于湮 没是随机的， 正电子湮没寿命只能从大量湮 没事件统计得出。 2、正电子的自由湮没及捕获态湮没 根据狄拉克独立粒子模型， 当正电子与 电子的相对速度远小于光速时， 单位时间内 发生二γ光子湮没的几率（以下简称湮没 率）为： p r0 cne （1） ，式中 r0 为电子的
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1.28MeV
2.6% 2.9%
1.18MeV
4.2% 4.4%
1.33MeV
3.1% 3.3%
Байду номын сангаас
数据获取系统一
时间测量精度小于64ps
测试结果
时间精度测试
时间线性测试
数据获取系统二
核信号输 入
预放处理 （Preamplifier
）
触发输入
预放处理 （Preamplifier
）
抗混叠滤波 （Antialiasing）
正电子二维关联谱
正电子进入材料后经过热化、扩散和捕获等过程与 材料中的电子发生湮没而放出γ光子，通过测量产生 的γ光子的时间，能量，角度，分析正电子的湮没寿 命或者电子的动量分布，从而得到材料内部缺陷的 信息。
• 封装：石英玻璃
• 尺寸：φ25*16-18
光产额 Photons/kev
衰减时间 τ /ns
支出科目 1、科研业务费 2、实验材料费
3、仪器设备费 经费支出合计
预算
购LaBr晶体4万元 数据采集系统的元器件及制
板费用
购光电倍增管4万人民币 高压电源
累计支出
1万元 1万元
5万2千元 4千元 7万6千
结论
• 测量得到正电子二维关联谱 • 在提高计数率方面的改进
谢谢！
University of Science and Technology of China
时间优值 τ /(photons/keV)
BaF2
1.8
BrilLanCe380 63
LSO
27
NaI(Tl)
38
GSO
8
BGO
9
0.8*
0.44
16
0.25
40
1.48
250
6.58
60
7.50
300
33.3
能量
能量分辨率% 样品
1# φ25*18
2# φ25*15
0.511MeV
3.9% 4.3%
抗混叠滤波 （Antialiasing）
ADCa
125M
ADCb
DSP FPGA
输出到PC USB
线性测量
测试结果
时间分辨
187.5ps
数据获取系统三
• 实物图
测量装置
AD
3.5 x 104
3
2.5 8ns
2
1.5
1
0
50 100 150 200
Time(ns)
应用程序用户界面
时间分辨及正电子二维谱