正电子湮没寿命谱数据处理方法

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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

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。

正电子湮没寿命谱数据处理方法

正电子湮没寿命谱数据处理方法
be obta.med by mis method.Coded by the MAn,AB,based 甜ld raIldom iIlitial Value generation of nle genetic
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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
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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

用contin(pals2)程序计算正电子湮没寿命谱

用contin(pals2)程序计算正电子湮没寿命谱

用CONTlN(PALS2)程序计算正电子湮没寿命谱郁伟c{。

孙翼展清华大学现代麻用物理系,100084,北京摘要:我们引入J’NNfI'JY琏丁Laplace变换的人I。

11:【Uf奇命俐瞒科序cONT{N(PALs2)。

本文再J该程序的原理和使川作简霹说f抛.和实验基础1.,剥JtJCONl’】N(PALs2)}甲序训掉的结果进iir竹"i,』f1JI,()SIllRONFll‘剁序的结粜进{J‘j-刘j}{{。

关键词:IL。

IUr√r向谱f、!J子.coNfIN(PAl,s2)1.新旧程序的优缺点我l'J'ji青华人学il二电f小纲原来一直使川POSIIRONF]r㈨},世现以一要研究聚台物凹K奇命利料,需要学习和使j{jCONTIN种序。

我tfJkh台弛州试和应川中的一些体会,t142两种程序fl,'Jgf:缺点。

POSITRONFll'科序II“有很女,的性能.彳1:金属譬』j划的II.iUr潍没{jJ『究一f·发拍’了帆人f1=Jtj,自从j979年菏】乃E∞¨1从闭外移似剑我校fi找们,J,flI一甫亿使川。

世它也有一磐缺点:POSII’RONFll删序和两个币要的缺电:l它.需要m儿拆定寿命成分的个数(如假定单寿命成分、:成分贼二成分,最多不超过四个成分)。

亿t≯化。

了’成分利均匀f1"3t¥¨rII·中,比如金属,它町以较好地提供物理上有意义的列衰变㈣线的拟合。

【斫赴复杂体系巾,当寿命成分数较多|1__|,力f~!的数值解f1.f#不容易收敛。

似是,琢求☆物、复合利#“蛋白质雨l多孔介质巾.出J:利判内部缺|f|11尺寸d!似、空ftⅢ、自IfI体#!*)』f1:足jH值,而是。

·!连续分布,川儿个分女.的成分米代挺系统就会{H不恰“●,铷刘的}},粜ii小能完仝反映弃观实勋:,但实际撕种:叫山1‘不知道具体的成分数,往铂.要从?办命拟合”蛤逐‘试验,蛀^i决定的成分个数中前人为…素。

正电子湮灭 实验报告 xxx

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。

分析正电子的湮没寿命或者电子的动量分布

分析正电子的湮没寿命或者电子的动量分布

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

正电子湮没寿命谱测量

正电子湮没寿命谱测量

可见,峰值点大约在 2.7 左右。 2、能窗调节 能量 1.28MeV 0.511MeV 上阈刻度 0.84 0.24 下阈刻度 0.37 0.19
3、正电子能谱 由于系统不稳定, 始终无法得到正电子能谱, 故而取用之前同学做过的一个结果来做数 据处理。原始数据如下: 通道 计数 通道 计数 389 0 401 2 390 0 402 2 391 1 403 4 392 0 404 5 393 0 405 5 394 0 406 12 395 1 407 15 396 0 408 29 397 0 409 52 398 2 410 70 399 0 411 77 400 1 412 103
1928 年,Dirac 预言了正电子的存在;1932 年,C.D.Anderson 证实了正电子的存在。 近 20 年来,正电子湮没技术得到了迅猛的发展,在固体物理、金属物理和材料科学领域得 到了广泛的应用。正电子湮没技术可以分为寿命测量、角关联测量和线形测量,本实验进行 的是寿命测量。
【实验原理】
+源
高压 探头
样品 探头 高压
恒比甄别 起始 停止
恒比甄别





道PCLeabharlann 正电子湮没寿命谱测量快一快符合系统
(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

Scu正电子湮灭寿命谱——刘家威,黄永明,唐奥

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。

正电子湮灭——精选推荐

正电子湮灭——精选推荐

正电⼦湮灭正电⼦湮灭仪正电⼦湮没技术(Position Annihilation Technique,PAT),是⼀项较新的核物理技术,它利⽤正电⼦在凝聚物质中的湮没辐射带出物质内部的微观结构、电⼦动量分布及缺陷状态等信息,从⽽提供⼀种⾮破坏性的研究⼿段⽽备受⼈们青睐。

现在正电⼦湮没技术已经进⼊固体物理、半导体物理、⾦属物理、原⼦物理、表⾯物理、超导物理、⽣物学、化学和医学诸多领域。

特别是材料科学研究中,正电⼦对微观缺陷研究和相变研究正发挥着⽇益重⼤的作⽤。

正电⼦湮灭技术的发展概况正电⼦湮灭这种核技术对⽓体、液体和固体(结晶或⽆定形)都能进⾏研究,因⽽所研究的领域是很⼴的。

由于正电⼦主要跟物质中活跃的电⼦相互作⽤,因⽽所得的情报更能反映物质的电⼦结构,更能反映化学环境的变化,所提供的信息⽐光谱、质谱、核磁共振和电⼦⾃旋共振等还多。

这种技术除了要求亚毫微秒电⼦学技术外,其设备简单,数据处理也简单,因⽽较易建⽴和掌握。

此谱法的缺点是,各种物质的谱数据可能相类似,因⽽特征性差些。

另外,⾄⽬前为⽌,这⽅⾯⼯作还是处在探索和建⽴规律的阶段,有待完善理论⼯作以指导应⽤。

正电⼦湮灭技术的基本原理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2mec2)转变成电磁辐射──湮没γ光⼦。

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,正电⼦湮没技术已成为⼀种研究物质微观结构的新⼿段。

正电⼦的性质1928年Dirac在求解相对论性的电⼦运动的Dirac⽅程时预⾔正电⼦的存在,1932年Andersan在威尔逊云室研究宇宙射线时发现了正电⼦。

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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
peak.1吼血g
MAn,AB
fitt洫g,、耽get me time resolution of me satellite peal(s and meir quotient.Based
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spectroscopy
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O.54 0.48 O.65 1.89
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1.276 O.81
核素 22Na
58CO “Cu 醒Ge
半衰期 2.6年 7l天 12.8小时 279天
p+能量(MeV)
p+分支比(%)
89 15 19 80
少量 少量
其中确a是实验中最常用的正电子源,这是因为它的半衰期较长,适合长期实验,

遗传算法用于正电子湮涠痔{矿谱的搿}析及优化
1.】【.2正电子源
在正电子湮没测量中,使用的放射源都是具有旷衰变的放射性核素,能发射正电子
的放射性同位素有球a、58Co、“Cu、鹋&等。表1.2给出了可用作正电子源的放射性
核素的有关参数。
表1-2几个B+核素的性质【6】
TabI&1-2 nle
ch咖ofsevefaJ
遗传算法用于正电号E要圣曩涛苦步谱的解析及冒巴,叱
小孕小
图1.1正负电子的双光子湮没
Fig 1一l
n,呻hoton锄i11ilation mode
of electr∞-1)0si缸0Il
设单光子湮没、双光子湮没和三光子湮没三种湮没过程的截面分别为盯,、仃:,和 盯,,,理论上可以证明它们之间的关系为【2】
m砒od,(IJ9)GA肌ing
Local optimum,and doesn’t need any experiential i11itial Value,but needS much more time. The pulsed PALS is got
by
the tecllIlique of tlle
关键词:正电子湮没寿命谱遗传算法多指数拟合 峰
脉冲寿命谱卫星
本文为国家自然科学基金(项目编号:1070503 1)资助项目。
THE STUDY OF POSITRON ANNIHIATION SPECTRA’S DATA ANAI』ySIS
LIFETIME
METHOD
Abstract
,nle
posi们n锄lillilation
是正电子在热化过程中,从环境中捕获一个电子,由电磁相互作用形成的亚稳定束缚态,

广西大肖醣页士掌位论文
遗传算法用于正电子湮溷涛命谱的解析及优化
类似于氢原子。随正电子和电子的自旋取向的反平行或平行,正电子素存在两种状态, 即单态正电子素(自旋反平行),记为P.Ps和三重态正电子素(自旋平行),记为O.Ps。 在真空中P.Ps的本征寿命为1.25×10-10s;O.Ps的本征寿命为1.4×10刁s。由此可知,O.Ps 的寿命比P.Ps的寿命长3个数量级。 但是,在几乎所有的介质中,或在强磁场中,都能发现O—Ps的寿命比本征寿命要 短许多。在凝聚态中,O.Ps的寿命可缩短到几个纳秒(10母s)或更小。这主要是存在着 使O.Ps寿命缩短的猝灭过程。猝灭有四种主要形式:拾取猝灭、转换猝灭、磁猝灭和 化学猝灭。
广西大学.硕士掌位论文 量级减至热运动能量,即小于l“。
遗传算法用于正电与E至没寿命谱的搿}析及优化
由于正电子动能损失主要发生在热化阶段,所以,正电子在样品中注入的深度,主
要由热化阶段决定。正电子在金属中的射程Jjc通常为20~300岬。在实验中,样品应足
够厚,~般最小厚度应为(3~5)R,但依材料不同而异,以保证正电子不会穿透样品, 否则正电子与周围介质湮没,将干扰实验结果。 热化后的正电子在介质中自由扩散,在固体中,这一阶段持续时间约为100~ 10000ps,并与电子湮没,这就是正电子的扩散湮没阶段,正电子寿命就由这一过程的 持续时间决定的。 热化后正电子动量相对介质中的电子而言比较小,可以忽略,因而正电子湮没谱携 带着人们通常所关注的介质中电子动量的信息。如前所述,通过正电子寿命谱又可以得 到有关介质中电子密度的信息,进而可以获得微观缺陷的信息。这就是正电子谱用于材 料微结构研究的理论基础。
表1.1正电子和电子的基本量【4】
’I'able.1.1
T1le basic physical quantjties of posi仃Dn锄d eloc臼.onic
正电子进入物质后,先会通过电离碰撞,电子.空穴产生,声子散射等过程慢化, 热化,然后与物质中的电子发生湮没,并按爱因斯坦的质能转换关系
E2=P2c2+瑶c4
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(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
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s锄ples
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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
在,时隔不久(1932年)即被加lderSon在宇宙射线中观察到‘1捌,从而证实了D慨预
言的正确性。作为电子的反物质,它的基本属性与电子对称,二者具有相同的质量、电 荷量和自旋,但所带的电荷和磁矩相反,如表1.1所示。1949年DeBened甜i等【3j在研 究正电子进入物质后的行为时,发现热化的正电子与物质中的电子湮没,产生两个基本 共线的丫光子,这一发现揭开了用正电子湮没技术研究固体材料的序幕。
be
con.ected,
and me modified lifetinle
spec们scopy bec锄e obViously better.
Key words:
Posi臼on黜lillilation
lif.etime
spect】roscopy(PALS);
Genetic
algori缸l(GA);Pulse lifetime spectra;Satellite peak
广西大学 硕士学位论文 正电子湮没寿命谱数据处理方法研究 姓名:马敏阳 申请学位级别:硕士 专业:粒子物理与原子核物理 指导教师:吴伟明;王宝义 20100501
正电子湮没寿命谱数据处理方法研究
摘要
正电子湮没寿命谱是无损探测材料中纳米缺陷的有效手段,本工作基 于遗传算法(GA)的全局搜索性及随机产生初值的特点,采用MAn,AB语 言编程对正电子湮没理论寿命谱进行了多指数函数拟合,得到了各组分寿 命及相对强度。与基于最小二乘法的Lif.eTime9.O软件的解谱结果比较,表 明用遗传算法求解寿命谱,具有不用赋经验性初值而又不会陷入局部最优 的优点。 随着聚束和斩波技术的发展,利用慢正电子束技术具有能量单色性及 连续可调的优点搭建的脉冲寿命谱,由于正电子散射等原因的影响,寿命 谱通常存在一个或多个卫星峰,对于具有较长寿命的样品,卫星峰会出现 在寿命成份中,会对分析样品的信息带来很大的影响。目前对慢正电子湮 没寿命谱存在卫星峰问题的解决,国际上还没有提出较为合理的处理方法。 为了去掉慢正电子湮没寿命谱的卫星峰,首先我们认为卫星峰的产生主要 是背散射正电子束团返回样品湮没造成的,据此提出多时间分辨函数延迟 数据校正方法,采用理论计算消除卫星峰。工作基于MA耵。AB编程软件, 利用MAⅡ,AB来拟合卫星峰,并根据所得结果对实际寿命谱数据进行校正。 结果表明,经过修正后的慢正电子湮没寿命谱解谱结果明显优化。
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