实验报告—正电子在物质中的湮寿命测量

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1、正电子在物质中的湮没寿命测量吴香奕I,谭力斌I,周健欣I（1四川大学物理科学与技术学院,四川成都610065）摘要：电子在物质中的E行时间和距离与物质材料内部的电子密度，空间结构直接相关。正电子和电子与材料的相互作用的机理相同，但正电子在损失完能最后会与材料内的电子发生湮没,产生特殊能量光子使得其在材料中的飞行时间更易测量。所以为了探测材料内部的电子密度和空间结构，通过研究正电了在其物质屮的湮没寿命，可以给出相应的结果。本实验采用即a放射源來提供正电子，用闪烁体探测器探测到22Na放射源放出正电子的极短时间内放出的1.28MeV的光子为

2、寿命起点，正电子湮没产牛的0.511MeV的光子为寿命终点，利用快符合电路系统测量湮没寿命，以此推测材料的电子密度和空间结构。关键词：正电子;湮没;寿命中图分类号：文献标志码：ATheMeasurementofPositronAnnihilationLifetimeinspecificmaterialWuXiangyi,TanWanbin,ZhouJianxin（SchoolofPhysics,SichuanUniversity,Chengdu,610065）Abstract:Positronlifetimeanalysisprovid

3、eaneffectiveandsensitivewayforstudyofsolids'constructionsanddistributionsofelectrons.Thisexperimentuse22Natoprovidepositronandusescintillationdetectorstodetectphotoswithspecificenergies・Whenthedetectorfindthephotoin1.28MeV,weseethismomentasthestartofthepositronlifetime・W

4、henthedetectorfindthephotoin0.51IMeV,wetakethismomentastheendofthepositronlifetime・Thoughthemeasurementsystemandthemultichannelpulseanalysis,theexperimentgivesthepositronlifetimespectrum,toanalyzethesample'sconstructionsanddistributionsofelectrons.KeyWords:Positron;Annih

5、ilation;Lifetime正电子澡没技术主要用于正电子无损检测技术，它的发展是建立在物理学和材料学等学科的基础上的，它能给出材料中缺陷的位置、种类和数量等信息，比常用的宏观或细观损伤判据更灵敏，可方便、快速及高灵敏探测两维缺陷分布，是研究材料缺陷和结构的重要手段，因而对设备的维护和安全具冇重要的意义。在工程中的应用也越來越广泛。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、非晶态或液品。只要是与材料的电子密度、电了动量密度冇关的问题，原则匕都町以川正电子湮没的方法进行

6、研究。它所研究的样站一般不需要特殊制备，其制样方法简便易行。正电子溼没技术对材料小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。1正电子和正电子与物质的相互作用1.1正电子正电子是轻子，只参与电磁相互作用。许多属性和电子对称。正电子与电子质量相等，带单位止电荷，占旋为l/2h,磁矩与电子磁矩人小相等，方向相反。产生方式：（1）能最大于1.02MeV的光子与物质发生电子对效应。（2）放射性元素的B'衰变（3）核反应1.2正电子与物质的相互作用由放

7、射性元素的衰变特性可知，正电子来自放射性元素的衰变，即：0十（bcay在正电子淹没实验中的正电子一般采用22Na放射性同位索的3+衰变得到。（1）自山湮没：指正电子慢化后以自山态与电了发生湮没，放出两个方向相反的0.511MeV的射线，有1/372的几率放出3个光子，极小的儿率放出1个或4个光子。根据狄拉克推导的双光子湮没截面的非相对论极限，得出正电子的湮没寿命由正电了所在处的电了密度决定，这就是利用正电子湮没研究物质微观结构的主耍依据。湮没放出的两个光子之间的夹角取决于与正电子发住澡没的电子的动量。根据溼没光子的角分布可以研究电子的动

8、量分布和测定金属的费米能。（2）生成电子偶素后湮没：在某些介质中，正电子和电了会形成类似氢原了结构的束缚态，称为电子偶素（缩写为Ps）。Ps分为p-Ps和o-Ps两种，仲态电了偶素p-Ps寿命为0.125n