文档介绍：第四章正电子湮没技术
引言
自从1930年由英国物理学家P. Dirac从理论上预言了正电子的存在,,正电子湮没谱学(Positron Annihilation Spectroscopy,PAS)首先在固体物理中得到了应用,并在六十年代后期得到了飞速发展。它已在材料科学,特别是缺陷研究和相变研究中发挥了重大的作用。
正电子是电子的反粒子,它具有与电子相同的静止质量me=×10-31kg和自旋S=η/2。它带的电荷和电子的电量相等e=×10-19C,但是正的,因而也具有正的磁矩。首先是狄拉克在1930年建立相对论性的量子力学时预言了这种粒子存在,两年以后安德森(Anderson)在宇宙射线中发现了它。它是人们发现的第一种反粒子。
正电子与正电子湮没
即一对电子和正电子同时消失,继而产生两个g光子(也能产生一个或三个g光子,但概率甚小)。
实验中用的正电子都来自放射性同位素的正电子衰变。常用的正电子源是放射性同位素22Na。把一滴外观和化学性质都跟一滴食盐水完全一样的22NaCl的水溶液滴到样品表面上,就会有大量正电子射到样品中去,与样品中的电子湮没,发射出g射线。用g射线探测器探测这些射线,就可以获知样品材料内部有关电子结构、电子密度等方面的信息。目前在这方面已形成了一种专门的新技术——正电子湮没技术,以及新学科——正电子湮没谱学。
正电子湮没:在这个物质世界里,正电子不可能长时间稳定地存在。它遇到电子时就会湮没,
正电子是电子的反粒子,除所带电荷与电子相等,符号相反之外,其它特性均与电子相同。正电子进入物质后遇到电子会发生湮没,同时放射两个或三个湮没光子。用核谱学方法探测这些湮没辐射光子,可以得到有关物质微观结构的信息。
正电子湮没技术基本原理
利用正电子湮没谱学研究材料具有许多优点。它提供了一种非破坏性的探测手段,因为信息是由穿透材料湮没辐射所带出的。它不需要特殊的样品制备。另外,在某些应用中,它还可以做原位研究,如在升温过程中的化学反应动力学过程等等。实验证明,正电子湮没谱学是研究金属、半导体、高温超导体、高聚物等材料中的微观结构、电荷密度分布、电子动量密度分布极为灵敏的工具。
正电子淹没技术之所以得到迅速发展,是由于它具有许多独特的优点。
1、它对样品材料的种类几乎没有限制;
2、它对样品材料的温度几乎没有限制;
3、它对样品中原子尺度的缺陷和各种相变极
端敏感。
正电子淹没技术的优点
§、扩散和捕获现象
常规正电子源通常是具有+衰变的放射性同位素,如22Na、64Cu等。从放射源中发射出来的正电子(E<1MeV)进入固体材料后,首先将在约1ps内通过与物质中原子的各种非弹性散射作用(如电子电离、等离子体激发、正电子--电子碰撞、正电子--声子相互作用等元激发过程)迅速损失能量并慢化至热能() 。其在材料中的深度分布近似满足下面的指数关系: