正电子湮没谱在材料学中的应用
源起
自狄拉克在理论上预言了反物质存在之后,反物质就一直是科幻小说和影视作品的宠儿。反物质反应堆驱动的宇宙飞船,威力巨大的反物质炸弹等等。从理论上讲,反物质湮没确实确实可以有很大的破坏力,但是制备和保存这种武器是非常难的,所以超级武器离我们还很遥远。反过来,作为第一个被观测到的反物质——正电子,在科学研究上找到了它的归宿,逐渐发展成为了正电子湮没谱学这门学科。
原理
- Na-22源发出正电子的同时会放射出固定能量的伽马射线,通过探测该能量射线来标定正电子寿命的起始点。
- 正电子入射到材料中与电子湮没并放射出511keV的伽马射线,探测该能量的射线来记录正电子寿命的终点,即可得到正电子寿命的大小。
- 通俗的说,材料中的微观缺陷越多,正电子会因为“找不到”合适的电子湮没使得寿命更长。通过分析收集到的伽马射线的角分布、动量等其它信息可以进一步探究材料的更多微观信息。
正电子湮没技术研究材料有着如下的优势:
1、对样品的种类几乎没有什么限制,可以是固体、液体、气体。凡是涉及材料的电子密度及电子动量有关的问题,原则上都可以用正电子湮没技术来研究。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;
2、对样品中原子尺度的缺陷和各相变极端敏感(缺陷浓度在10−7~10−4范围都可以探测到(原子位置百分比)) ,正电子缺陷所感知的限度约为1~10 nm,如果晶格中缺少一个或几个原子的缺陷,这些缺陷在电镜、X衍射中研究颇为困难,所以正电子湮没可以和电镜、X衍射及其他技术相辅相成,互为补充;
3、是一种非破坏性研究方法而且对测量温度区间几乎没有限制,可以跨越材料的熔点或凝固点,信息又是通过穿透力很强的伽马射线携带出来的,因此易于对样品做高低温的动态原位测量,即一面升温一面测量,或在测量时施加电场、磁场、高气压、真空等特殊环境。
愿景
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另外,ORTEC还能够提供高性能的高纯锗探测器和各种功能的电子学插件,以扩展正电子应用中多普勒展宽等进阶科研需求。
2022-12-28 16:27
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