正电子湮没实验报告
核分析课设：正电子湮没辐射角关联
主要用途与发展动态
正电子湮灭辐射的角分布测量对于金属辐照损伤的研究也 22 2 很灵敏。钼样品是放在中子通量达 10 cm 的反应堆中进 行中子照射。通过正电子湮灭辐射角关联曲线测量表明： 辐照后的钼样品角关联曲线变窄了很多。这种变化可以借 助于理论（空洞形成）作定量的估算。
主要用途与发展动态
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。
生物组织中主要含有碳、氮和氧分别存在发射正电子的核素11C、 14N和15O。如果利用这些放射正电子的核素合成有生理关系的标记化 合物，如11Co, 11Co2 等，引入生物组织中，通过正电子与组织器官 的相互作用，然后对发射的γ射线进行测量或照像，就可以研究生物 组织器官的新陈代谢，组织化学成分，血液循环，病理过程等课题。 由于所使用的这些放射性核素的半衰期都不长，在人体中的照射量很 小，因此不会或者很少造成对人体的损伤。由于以上个方面的特点， 正电子湮灭技术对医学研究将成为很有发展前途的一项技术。
正电子湮没参量及其所反映物质信息的探讨
正电子湮没参量及其所反映物质信息的探讨正电子湮没技术（PES）是一种比传统测量方法更精确和更灵敏的分子物理实验手段。
它以超低能量的正电子来测量表面分子的特性，可以提供从几何结构到物质状态的全方位的如谱数据和信息。
正电子湮没的参量，如位能、湮没行为、湮没深度等，是PES实验中最重要的几个参量。
它们可以提供有关物质结构、动力学和化学性质的重要信息，从而为研究分子物理化学等方面提供重要的信息。
首先说明一下正电子湮没位能（IP），它是正电子与原子核的相互作用的能量。
IP的大小可以反映元素的化学结构和电子配对，并反映了物质的电子结构和化学布局。
通常情况下，IP的大小会随着原子的原子序数的增加而增加，并且具有化学稳定性的趋势。
正电子湮没行为（EA）也可以反映物质的电子配对和化学活性。
EA的大小取决于原子核周围的空间结构，在湮没前面该原子上有多少个电子，而且这些电子的能量配置是怎样的。
此外，湮没深度（ED）也可以反映物质的结构信息，ED定义为正电子湮没过程中，正电子全部湮没掉所需要的能量。
ED可以用来区分不同物质，并反映出其内部结构的变化。
ED的值大小可以用来判断不同物质的反应情况。
正电子湮没参量可以用不同的方法测量，常用的有传感器及电敏元件、X射线等几种技术。
无论是使用传感器及电敏元件，还是X射线技术，测量PES参量的基本原理都是电子的结构和能量的变化。
传感器及电敏元件技术可以用来测量正电子湮没行为和正电子湮没深度，而X射线技术则可以用来测量正电子湮没位能。
由于PES技术可以提供解析度极高的信息，因此在不同的研究领域中都有着重要的应用。
在分子化学和物理化学研究中，PES参量可以提供有关于物质的位置和活动的准确信息；在生物化学研究中，它可以为蛋白质活性酶的结构功能关系提供重要的线索；于材料分子科学领域，PES参量可以提供有关分子结构和物理性质的信息，从而为材料分子科学提供重要的基础信息。
总之，正电子湮没参量可以为化学和生物等多个不同领域提供重要的信息。
正电子湮灭谱测试
正电子湮灭谱测试
正电子湮灭谱（PES）测试是一种量子化学的实验，用于研究分子的电子结构和化学反应机理。
它通过检测正电子湮灭事件发生的能量和角度，可以测量分子电子态的能量和振动结构。
正电子湮灭谱测试的原理是，当一个正电子与分子中的核碰撞时，电子会从分子中湮灭，释放出能量。
这些能量，即电子湮灭的能量，是由正电子的能量转变为电子湮灭的角度和能量组成的。
正电子湮灭谱测试可以检测电子湮灭过程中释放的能量和角度，从而测量分子电子态的能量和振动结构。
正电子湮灭谱测试的典型实验装置包括一个正电子源，用于产生撞击分子的正电子；一个电子检测器，用于检测湮灭电子的能量和角度；一个谱仪，用于计算和显示湮灭电子的能量和角度；以及一个控制系统，用于控制测试过程。
正电子湮灭谱测试的结果可以用来研究分子的电子结构和化学反应机理。
它可以用来检测分子的振动模式，从而推断分子的结构和反应机理，以及研究物质的性质。
此外，正电子湮灭谱测试还可用于探索物质结构的变化，以及研究新的材料和分子的性质。
总之，正电子湮灭谱测试是一种量子化学的实验，用于研究分子的电子结构和化学反应机理。
它可以检测电子湮灭的能
量和角度，从而测量分子电子态的能量和振动结构。
研究人员可以利用正电子湮灭谱测试探索分子的结构和反应机理，以及研究新的材料和分子的性质。
正电子湮灭
正电子湮灭正电子湮灭技术正电子湮没技术(Positron Annihilation Technique-PAT)是一门把核物理和核技术应用于固体物理与材料科学研究的新技术，近20多年来该技术得到了迅速发展。
正电子湮没技术包括多种实验方法，其中最常用的主要有3种，即正电子湮没寿命谱测量、2γ湮没角关联和湮没能量的Doppler展宽。
简言之，正电子湮没技术是通过入射正电子与材料中电子结合湮没来反映材料中微结构状态与缺陷信息的。
与其他现代研究方法相比，正电子湮没技术具有许多独特的优点。
首先，它对样品的种类几乎没有什么限制，可以是金属、半导体，或是绝缘体、化合物、高分子材料；可以是单晶、多晶、纳米晶、非晶态或液晶，只要是与材料的电子密度、电子动量密度有关的问题，原则上都可以用正电子湮没的方法进行研究。
第二，它所研究的样品一般不需要特殊制备，其制样方法简便易行。
另外，正电子湮没技术对材料中原子尺度的缺陷和各种相变非常灵敏。
如今正电子湮没技术作为一种新型的应用核分析技术，已广泛应用于材料科学、物理、化学、生物、医学、天文等领域，本文仅就正电子湮没技术在测试领域研究中的一些基本应用(原理)作一介绍。
正电子湮没无损测试技术是一种研究物质微观结构的方法，一种先进的材料微观结构－自由体积的探测和表征技术，可用于固体物理晶体缺陷与材料相结构与相结构转变的研究，目前已成为一种研究物质微观结构、缺陷、疲劳等的新技术与手段。
检测实施过程中，放射源作用材料时会产生带有正电荷的、尺寸与电子相当的质点，这种正电子可以被纳米大小的缺陷吸引而与电子相撞击。
在正负电子撞击过程中，两种质点湮没，从而放出一种伽玛射线。
伽玛射线能谱显示出一种清晰可辨的有关材料中的缺陷大小、数量以及型别的特征。
显然，这些特征可以标识最早阶段的损伤，即裂纹尚未出现的损伤；同时可以在不分解产品的情况下定量地评估其剩余寿命，笔者对该技术的原理及其应用进行了介绍。
正电子湮没无损测试所采用的正电子源最初来自于放射源的β＋源，通过放射源的作用在材料中产生正电子。
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；
正电子湮灭谱
正电子湮灭谱一种研究物质微观结构的方法。
正电子是电子的反粒子,两者除电荷符号相反外,其他性质（静止质量、电荷的电量、自旋）都相同。
正电子进入物质在短时间内迅速慢化到热能区,同周围媒质中的电子相遇而湮没,全部质量(对应的能量为2meс2)转变成电磁辐射──湮没γ光子（见电子对湮没）。
50年代以来对低能正电子同物质相互作用的研究，表明正电子湮没特性同媒质中正电子-电子系统的状态、媒质的电子密度和电子动量有密切关系。
随着亚纳秒核电子学技术、高分辨率角关联测量技术以及高能量分辨率半导体探测器的发展，可以对正电子的湮没特性进行精细的测量，从而使正电子湮没方法的研究和应用得到迅速发展。
现在，正电子湮没谱学已成为一种研究物质微观结构的新手段。
实验测量方法主要有正电子寿命测量、湮没γ角关联测量和湮没谱线多普勒增宽测量三类。
正电子寿命谱通常用22Na作正电子源,源强为几微居里到几十微居里。
测量设备类似核能谱学中常用的符合系统，称之为正电子寿命谱仪（见彩图），图1是快-快符合系统方框图。
谱仪时间分辨率一般为3×10-10s左右，最好的已达1.7×10-10s。
22Na放射的正电子入射到测试样品中,同其中的电子发生湮没,放出γ射线。
用1.27MeV的γ光子标志正电子的产生,并作为起始信号,511keV的湮没辐射γ光子标志正电子的“死亡”，并作为终止信号。
两个信号之间的时间就是正电子的寿命。
在凝聚态物体中，自由正电子湮没的平均寿命在(1～5)×10-10s范围内。
正电子湮没寿命谱(PALS)常被用来研究固体中的缺陷，尤其是半导体中的空位型缺陷。
邻位正电子的寿命取决于184个邻位正电子的寿命，而邻位正电子的寿命受邻位正电子周围空位缺陷的影响。
因此，PALS可以看作是一种时域特征描述技术。
双γ角关联图2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、Co,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。
正电子湮灭 实验报告 xxx
正电子在物质中的湮灭寿命姓名：xxx 学号：xxxxxxxxxxxxx实验目的：1. 了解正电子寿命测量的的基本原理；2. 初步掌握正电子寿命测量方法；3. 了解正电子在物质中湮灭的物理过程4. 了解多道时间谱仪的工作原理，初步掌握多道时间谱仪的使用方法；5. 初步掌握使用计算机解谱的数学方法。
实验内容：1. 对谱仪进行时间刻度；2. 测定谱仪的分辨时间；3. 测量正电子在给定样品中的平均湮灭寿命。
实验原理：1. 正电子在物质中的湮灭寿命正电子是电子的反粒子，许多属性和电子对称。
正电子与电子质量相等，带单位正电荷，自旋为1/2h ，磁矩与电子磁矩大小相等，但方向相反。
正电子与电子相遇就会发生湮灭反应，湮灭的主要方式有三种：单光子湮灭，双光子湮灭以及三光子湮灭。
但发射单个光子或三个光子的湮灭过程，但几率极小，湮没过程中发射的γ光子，通常称为湮没辐射。
从正电子的湮没特性可知有自由态湮没和捕获态湮没两种：正电子在完整晶格中的湮没往往是自由湮没，一旦介质中出现缺陷，那么就会出现捕获湮没过程。
一般常见金属及合金中，以自由态湮没方式湮没的正电子寿命，简称自由态正电子寿命f τ,在100--250ps ，少数几咱碱金属的f τ值超过300ps ；捕获态正电子寿命d τ比相同介质的自由态正电子寿命f τ长，且随缺陷的线度增长而增长；不同种类的缺陷有不同的d τ值。
根据Dirac 理论，发生双光子湮灭的几率为20eR πr cn ∝，其中c 是光速，r0为电子经典半径，e n 为物质的局域电子密度。
所以正电子的湮灭寿命1e n τ∝，当物质结构的发生变化（例如产生空位缺陷，辐射损伤，形变等）将导致物质局域电子密度e n 变化，正电子湮灭寿命也随之发生改变。
因此，人们可以通过正电子寿命变化来探视物质结构变化，这是正电子技术应用的一个重要方面。
2. 测量正电子寿命的实验原理实验中用的正电子一般来自放射性同位素的β+衰变，能发射正电子的放射性同位素有Na 22、Co 58、Cu 64、Ge 68等，常用的β+源是Na 22源，它放出的正电子最大动能为0.545MeV ，半衰期2.6年。
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！。
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【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
时，读取半高宽。将半高宽与时间刻度相乘 得到该谱仪的时间分辨率。 所以，本次半高宽为361.375ps。 然而， 一台高质量的正电子湮没寿命谱 60 仪对于 Co的能窗条件要求是 FWHM < 200 ps。本次试验数据361.375ps＞ 200ps。实验 分辨率不理想，我组分析认为，原因是： 由 于能窗调节时为了增加计数，提高实验效 率，把能窗范围调节的较宽，以至于偶然符 合数增大，时间分辨率下降。 3、正电子能谱
【思考题】 22 1、为什么选 Na 作为本次实验的放射源？ 答：源便宜；源相对来说半衰期较长可 以长时间使用，且短时间内放射性相对稳 定；源的两个射线能量分别为 1.28MeV 和 0.511MeV，间隔较大易于测量。 2、为什么选 Co-60 测量时间分辨率？ 答：由于 Co-60 发生β衰变，几乎是在 同时释放出 1.17MeV 和 1.33MeV 两个光子， 因此在 MCA 上理论上为一条直线；γ光子 能量在起始道能窗范围内， 由于康普顿坪的 存在，终止道也有计数，不需要调节能窗。 22 3、Na 放射源强度太弱或太强有什么影 响？ 答：太弱：缺点-测量效率低，对谱仪 性能要求高；优点-对样品的辐射损伤小。 太强:缺点-对样品辐射损伤大；优点探测效率高。
【实验结果与分析】
1、能窗调节
起始道 终止道
能量 上阈刻度 下阈刻度 1.28Mev 0.5 1.1 0.511Mev 0.25 0.8
60
2、时间刻度 将源换成 Co 。测量它同时发射的 1.33MeV 和 1.17MeV 的γ射线的康普顿散射 的瞬发峰中心。通过延时调节，观测并记录 峰位的移动道址， 可计算出每道相当于多少 时间。 下表是本实验记录的不同延时下峰位 的道址。
经典半径，c 为真空中光速，ne 为正电子所 在处的电子密度。 （1）式表明，电子密度愈 大，正电子碰到电子的机会愈多，湮没率也 越大，正电子寿命越短。 正电子在完整晶格中的湮没往往是自 由湮没，一旦介质中出现缺陷 （如空位、 位错、微空洞等） ，情况就将不同，因为在 缺陷处电子密度较低，且呈负电性，由于库 仑力作用，正电子容易被缺陷捕获，以后再 湮没，这就是正电子的捕获态湮没过程。 由 于缺陷中总电子密度较低， 于是正电子寿命 较长。另一方面，缺陷浓度越高，当然正电 子被捕获的机会越大， 则相应的长寿命成分
2
正电子并几乎同时发射能量为1.28MeV 的 γ 光子。因此，
可以将此γ 光子的出现作为产生正电子的 时间起点，而0.511MeV 湮没γ光子的出现 即是正电子湮没事件的终点。 这段时间间隔 便可以近似地看作正电子的寿命。 利用时间 谱仪对每个湮没事件都可以测得湮没过程 所需的时间， 对足够多的湮没事件 （约需106 次） 进行记录， 就得到了正电子湮没寿命谱。
延迟时间 峰位道数 延迟时间 峰位道数
2 559 18 1837
6 878 22 2153
10 1201 26 2488
14 1522 30 2804
3、 湮没寿命测量 将Na-22放射源及样品Al 放入实验装 置内，利用谱仪进行湮没寿命测量。 ·实验步骤 （1）延时调节：先按右图接好电路，调节 延时旋钮， 记录示波器中方波位置以及相同 时间内MCA 的计数。作出二者的关系曲线， 确定计数最大时的方波位置。 （2）能窗调节：调节延时旋钮是方波位于 （1）中确定的的位置。调节CFD的上下阈值 旋钮， 确定分别记录1.28MeV 和0.511MeV 的γ光子所对应的能窗。 （3）显示寿命谱：将实验电路按照实验仪 器中的图接好， 此时在MCA 上记录到的便是 正电子的寿命谱。 （4）道宽测量：通过延时调节，观测峰的 位移，可计算每条道相当于多少时间。从而 可得到正电子的寿命。
【实验准备及步骤】
1、谱仪能窗调节 按下图所示将各个实验仪器连接， 在样 22 品中间插入放射源 Na 。 本实验用的是 2000V 的负高压。 开始时先将将甄别器的上下甄别 电位旋钮分别调到最大和最小处。 此时电脑 屏幕上将显示一个γ能谱图。其中有 1.28MeV 和 0.511MeV 的全能峰， 及相应的康 普顿坪。 然后调节上下阈并进行符合使需要 的部分继续有计数，不要的无计数。这样就 卡出一道（起始或终止道）的能窗范围， 然 后换另一道得到其能窗范围。
将输入脉冲按不同幅度分类计数， 即不同幅 度的脉冲计入不同的道址中。 在多道分析器 中道址与时间或能量（在本实验中为时间） 相对应作为横坐标，而每道中的计数（即记 录到的一定寿命的湮没事件的发生次数） 作 为纵坐标。 这样就可以得到一个正电子湮没 寿命谱。
在寿命谱中所占的相对强度也越大。因此， 长寿命成分的相对强度能反映缺陷的浓度。 3、正电子湮没寿命谱测量原理 在寿命测量中，最常用的正电子源是
Q I 本式表明， 由于I 和C 都 tx ， C C
是恒定的， 输出脉冲的幅度正比于两个信号 的时间差。由于时幅转换器本身有一定的 “死时间” ；当小于此时间时，不能得到线 性转换。因此，为了保证时间差信号都能得 到线性转换， 终止信号在输入到时间幅度转 换器前先通过一延时器， 其延迟时间可以按 需要进行调节。 由时间分析器输出的信号可 直接送入微机多道分析器（ 接在ADC IN 上） ， 由后者经过模数转换后按时间差存贮在相 应道址的存贮器中。 利用延时器还能对时间 谱仪进行时间标定。 （4）多道分析器
正电子湮没实验报告
高树超、陈建樵、郑万里、常笑彬 （四川大学 物理学院 核工程与核技术专业，四川 成都 610065） 1930 年狄拉克（Dirac）从理论上预言 了 正 电 子 的 存 在 和 1932 年 安 德 逊 （ Anderson） 在观察宇宙线中发现了正电 子之后， 揭开了研究物质和反物质相互作用 的序幕。 1951 年 Deutsch 发现了正电子和 电子构成的束缚态—正电子素的存在更加 深了对正电子物理的研究工作，同时，也开 展了许多应用研究工作， 形成了一门独立的 课题正电子湮没谱学。 随着对正电子和正电 子素及其与物质相互作用特性的深入了解， 使正电子湮没技术在原子物理、分子物理、 固态物理、表面物理、化学及生物学、医学 等领域得到广泛应用， 并取得独特的研究成 果。它在诸如检验量子电动力学基本理论、 研究弱相互作用、 基本对称性及天体物理等 基础科学中也发挥了重要作用。同时，随着 人们对正电子湮没技术方法学上研究的深 入进展， 使这一门引人注目的新兴课题得到 更快的发展。 极）以及阳极构成。阳极端接地，阴极端加 负高压， 在各打拿极上由分压电阻给出一级 比一级高的电位。 （2）恒比甄别器（CFD） 是时间谱仪中决定时间分辨率的关键部件 之一。 光电倍增管输出脉冲的幅度和上升时 间是随脉冲而有变化的， 直接用它来触发一 电子学线路时，触发时刻会因此而出现抖 动。为了解决这一问题，采用CFD 对光电倍 增管的脉冲输出进行整理。 它的作用是在每 一阳极脉冲上升时间的一恒定点上产生一 信号， 使输入到时间幅度转换器的脉冲起始 （或终止） 时间与光电倍增管脉冲输出的起 始时间之间有一恒定的时间差， 不受光电倍 增管输出脉冲幅度等变化的影响， 而只决定 于光子γ发射的时刻。 这就显著地提高了测 量的准确度。 （3）时幅转换器 将CFD 输出的起始信号与另一个CFD 输出 的终止信号之间的时间差线性地转换为一 脉冲的幅度。其测量原理如下：时间分析器 相当于一个恒流源在电流开关K 的控制下 对电容C 充电；起始信号使开关K 接通， 而 终止信号使K 断开。根据电学基本知识， 电 容C 上的电压幅度V 与充电时间t 的关系 为 Vc