核分析課設(shè)：正電子湮沒輻射角關(guān)聯(lián)

正電子湮沒輻射的角關(guān)聯(lián)

13#60404小奐榮譽(yù)出品正電子湮沒機(jī)理測量原理實驗設(shè)計框圖實驗機(jī)理分析主要用途及發(fā)展動態(tài)

正電子源是能發(fā)生β+衰變的放射性同位素高能正電子(0.54MeV)射入凝聚態(tài)物質(zhì)后與周圍發(fā)生一系列的非彈性碰撞,約在幾個PS的時間內(nèi),能量降至聲振動能量KT(0.025eV)的數(shù)量級。這個能量損失過程稱為高能正電子的熱化過程。熱化后的正電子在材料中擴(kuò)散,擴(kuò)散階段持續(xù)的時間因材料而異,大約在100-10000ps的范圍內(nèi)。正電子湮沒機(jī)理正電子湮沒機(jī)理正電子可以在晶格中自由擴(kuò)散,直至與電子湮沒,這叫做自由態(tài)湮沒；也可以被帶有等效負(fù)電荷的晶格缺陷或空穴所捕獲(束縛)而停止擴(kuò)散,最后在缺陷中湮沒,稱為缺陷捕獲(束縛)態(tài)湮沒。在氣體、液體中和某些固體(如結(jié)構(gòu)疏松的聚合物)的表面,還可能束縛一個電子,形成正負(fù)電子共存的正電子素的束縛暫穩(wěn)態(tài),其結(jié)構(gòu)類似于質(zhì)子和電子構(gòu)成的氫原子,而它的核心為極輕的正電子,其原子量只有氫的1/920,結(jié)合能為氫的1/2,然后再產(chǎn)生湮沒。正電子湮沒機(jī)理正電子與電子相互作用而湮沒時，可以產(chǎn)生一個光子、兩個光子或三個光子。發(fā)射單個光子時，要求有第三者（原子核或原子內(nèi)層電子）存在，吸收反沖動量，這一過程的相對幾率很小，可忽略。若正電子和電子的自旋反平行，則他們在湮沒時發(fā)射兩個方向相反的γ光子。若正電子和電子的自旋相互平行，則在湮沒時發(fā)射三個光子。產(chǎn)生三個光子的湮沒幾率卻遠(yuǎn)小于產(chǎn)生兩個光子的湮沒幾率。根據(jù)計算，雙光子湮沒幾率與三光子湮沒幾率之比為372:1。正電子湮沒的實驗技術(shù)

1)正電子湮沒壽命譜；2)正電子湮沒輻射角關(guān)聯(lián)譜；3)多普勒展寬譜；4)慢正電子束技術(shù)今天主要介紹的是正電子湮沒輻射角關(guān)聯(lián)的技術(shù)測量原理電子在湮沒前，正電子已充分熱化，其能量為0.01eV量級，動量近似看作零。這時若發(fā)生2γ湮沒，那么兩個0.511MeV的Y光子是共線的，以相反方向發(fā)射。這個結(jié)論只是在正負(fù)電子湮沒對的總動量為零時才成立。盡管正電子經(jīng)熱化后動量可以近似看作零，由于材料中自由電子的動能往往為幾個eV，相應(yīng)的動量不為零，所以湮沒對的總動量不為零，于是湮沒輻射方向的夾角不是180度,而是與180度相差一個角度，如圖所示。θ測量原理

圖中的失量分解中，P表示湮沒對的動量，表示動量的縱向分量和,表示湮沒對動量的橫向(垂直于光子的發(fā)射方向)分量。通常角非常小(<1度}，可以令。湮沒后，兩個光子的動量為和，按照動量守恒，有θ測量原理通過動量與能量守恒關(guān)系，我們最終可得到由于角與材料中電子動量相聯(lián)系，在某一方向上測量到的湮沒事件的數(shù)目N（）表示了電子的動量分布，因此提供了材料中自由電子動量分布的信息，進(jìn)而了解材料的性質(zhì)。θθ實驗設(shè)計框圖實驗設(shè)計框圖

這是一維長狹縫角關(guān)聯(lián)測量系統(tǒng)示意圖。正電子源通常為64Cu、22Na、58Co，測量時相對于固定探頭以Z方向為軸轉(zhuǎn)動另一探頭,測出符合計數(shù)率隨角度的分布,就可以得到電子在某個方向上的動量分布。該方法要求高精度的機(jī)械設(shè)備和強(qiáng)源(幾十毫居里的點(diǎn)源)，典型的角分辨率為0.5mrad。有些工作采用多探測器系統(tǒng)可作兩維動量分布的測量。實驗機(jī)理分析

用角關(guān)聯(lián)裝置測量湮沒γ的符合計數(shù)隨的分布，稱為一維角關(guān)聯(lián)曲線。用橫臂微分甄別器代替單道分析器可在較高的計數(shù)率情況下得到好的定時性能。每改變一角度，測定計數(shù)，掃過全程，即得到-的曲線。主要用途與發(fā)展動態(tài)正電子湮滅技術(shù)現(xiàn)在已發(fā)展成為物理學(xué)家、冶金學(xué)家、生物學(xué)家和醫(yī)生們的得力研究工具之一。被研究的物質(zhì)形態(tài)及其發(fā)展，包括金屬、離子化合物、共價絕緣體化合物，半導(dǎo)體的高分子化合物，也包括固體的單晶、多晶、非晶體、液晶和生物膜等等。正電子與物質(zhì)相互作用，對于電子非常敏感，可用來研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的問題，如空位、空位團(tuán)、位錯以及微空洞和多種色心等原子尺度范圍的缺陷。主要用途與發(fā)展動態(tài)醫(yī)生們應(yīng)用放射性正電子同位素，對藥物作用于人體的過程予以示蹤，一旦藥物到達(dá)某一器官，探測湮滅產(chǎn)生的兩條γ射線就能準(zhǔn)確地被查出。由于慢正電子的入射動能很低，這項技術(shù)可用來研究固體純真表面的電子態(tài)和結(jié)構(gòu)缺陷，已成為表面物理學(xué)的一種重要研究手段。主要用途與發(fā)展動態(tài)正電子湮滅輻射的角分布測量對于金屬輻照損傷的研究也很靈敏。鉬樣品是放在中子通量達(dá)

的反應(yīng)堆中進(jìn)行中子照射。通過正電子湮滅輻射角關(guān)聯(lián)曲線測量表明：輻照后的鉬樣品角關(guān)聯(lián)曲線變窄了很多。這種變化可以借助于理論（空洞形成）作定量的估算。

生物組織中主要含有碳、氮和氧分別存在發(fā)射正電子的核素11C、14N和15O。如果利用這些放射正電子的核素合成有生理關(guān)系的標(biāo)記化合物，如11Co,11Co2等，引入生物組織中，通過正電子與組織器官的相互作用，然后對發(fā)射的γ射線進(jìn)行測量或照像，就可以研究生物組織器官的新陳代謝，組織化學(xué)