正電子湮滅實(shí)驗(yàn)報(bào)告xxx

正電子在物質(zhì)中的湮滅壽命實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

姓名：XXX

學(xué)號(hào)：XXXXXXXXXXXXX了解正電子壽命測(cè)量的的基本原理；初步掌握正電子壽命測(cè)量方法；了解正電子在物質(zhì)中湮滅的物理過(guò)程了解多道時(shí)間譜儀的工作原理，初步掌握多道時(shí)間譜儀的使用方法；初步掌握使用計(jì)算機(jī)解譜的數(shù)學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：對(duì)譜儀進(jìn)行時(shí)間刻度；測(cè)定譜儀的分辨時(shí)間；測(cè)量正電子在給定樣品中的平均湮滅壽命。實(shí)驗(yàn)原理：正電子在物質(zhì)中的湮滅壽命正電子是電子的反粒子，許多屬性和電子對(duì)稱(chēng)。正電子與電子質(zhì)量相等，帶單位正電荷，自旋為1/2h，磁矩與電子磁矩大小相等，但方向相反。正電子與電子相遇就會(huì)發(fā)生湮滅反應(yīng)，湮滅的主要方式有三種：?jiǎn)喂庾愉螠?，雙光子湮滅以及三光子湮滅。但發(fā)射單個(gè)光子或三個(gè)光子的湮滅過(guò)程，程中發(fā)射的丫光子，通常稱(chēng)為湮沒(méi)輻射。

但幾率極小，湮沒(méi)過(guò)f f 從正電子的湮沒(méi)特性可知有自由態(tài)湮沒(méi)和捕獲態(tài)湮沒(méi)兩種：正電子在完整晶格中的湮沒(méi)往往是自由湮沒(méi)，一旦介質(zhì)中出現(xiàn)缺陷，那么就會(huì)出現(xiàn)捕獲湮沒(méi)過(guò)程。一般常見(jiàn)金屬及合金中，以自由態(tài)湮沒(méi)方式湮沒(méi)的正電子壽命，簡(jiǎn)稱(chēng)自由態(tài)正電子壽命,在100--250ps，少數(shù)幾咱堿金屬的值超過(guò)300psf f 質(zhì)的自由態(tài)正電子壽命種類(lèi)的缺陷有不同的-d值。

長(zhǎng)，且隨缺陷的線(xiàn)度增長(zhǎng)而增長(zhǎng)；不同f2根據(jù)Dirac理論，發(fā)生雙光子湮滅的幾率為Rnn0cne，其中c是光速1，r0為電子經(jīng)典半徑，n為物質(zhì)的局域電子密度。所以正電子的湮滅壽命 ne，e當(dāng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)生變化（例如產(chǎn)生空位缺陷，輻射損傷，形變等）將導(dǎo)致物質(zhì)局域電子密度ne變化，正電子湮滅壽命也隨之發(fā)生改變。因此，人們可以通過(guò)正電子壽命變化來(lái)探視物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，這是正電子技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面。測(cè)量正電子壽命的實(shí)驗(yàn)原理B+亠、B+實(shí)驗(yàn)中用的正電子一般來(lái)自放射性同位素的衰變，能發(fā)射正電子的放射22Na、58Co、64Cu、68Ge22Na源，它放出的正電子最0.545MeV2.6年。它的衰變綱圖如下所示。1、22Na的衰變綱圖正電子射入樣品后的行為可分兩個(gè)階段，即熱化階段和擴(kuò)散湮沒(méi)階段。介質(zhì)中正電子從熱化結(jié)束到湮沒(méi)這一時(shí)間間隔的長(zhǎng)短與介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，但正電子進(jìn)入介質(zhì)后的熱化時(shí)間只需幾個(gè)比，可以忽略不計(jì)。

ps，它與熱化結(jié)束到湮沒(méi)這段時(shí)間相正電子湮沒(méi)壽命的實(shí)驗(yàn)測(cè)量原理如下：22Na首先發(fā)射e，衰變到22Ne的激發(fā)態(tài)，此激發(fā)態(tài)的激發(fā)能為1275keV,壽命約為3X 10-12s。22Ne發(fā)射1275keV的丫射線(xiàn)退激到22Ne的基態(tài)。在時(shí)間譜儀的分辨時(shí)間為10-10s時(shí)，可以認(rèn)為衰變過(guò)程的e和丫射線(xiàn)是同時(shí)發(fā)射的。因此，測(cè)量正電子壽命時(shí)，1275keV的丫射線(xiàn)可作為e?生的時(shí)標(biāo)信號(hào)，而e?湮滅時(shí)放出的兩個(gè)511keV的丫光子，可作為e?湮滅的時(shí)標(biāo)信號(hào)。測(cè)量正電子產(chǎn)生和湮滅的時(shí)標(biāo)信號(hào)之間的時(shí)差，即得正電子壽命。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：測(cè)理正電子壽命的實(shí)驗(yàn)裝置稱(chēng)為正電子壽命譜儀。目前常用用的有快--慢符合系統(tǒng)和快--快符合系統(tǒng)，本實(shí)驗(yàn)采用-合系統(tǒng)和快--快符合系統(tǒng)，本實(shí)驗(yàn)采用-1.壽命譜儀的組成22Na、60Co放射源，-快符合系統(tǒng)咼壓電源BaF2恒比微分甄別器556221個(gè)個(gè)個(gè)快符合電路延時(shí)器時(shí)幅轉(zhuǎn)換器NIM機(jī)箱型號(hào)583414ADB463型號(hào)566型號(hào)250021111個(gè)個(gè)個(gè)臺(tái)PC機(jī) 1 臺(tái)2.壽命譜測(cè)量快--快符合電路2、快--快符合電路整體工作過(guò)程：當(dāng)放射源22Na 放出的1.28MeV的丫光子被起始道閃爍探測(cè)所探測(cè)，從陽(yáng)極輸出信號(hào)經(jīng)恒微分甄別器后，進(jìn)入時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換的起始道；與這個(gè)1.28MeV的丫光子“同進(jìn)”放出的正電子進(jìn)入待測(cè)樣品，經(jīng)某一段時(shí)間后湮滅，放出0.511MeV的丫光子被終止道閃爍探測(cè)器探測(cè)到，產(chǎn)生終止信號(hào)，經(jīng)恒比微分甄別器進(jìn)入時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器的終止道。當(dāng)兩信號(hào)的時(shí)間差在時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器的量程內(nèi)時(shí)，可轉(zhuǎn)換出一個(gè)電壓脈沖幅度正比于兩信號(hào)時(shí)間差的脈沖。實(shí)驗(yàn)步驟恒比微分甄別器閾值設(shè)定閾值設(shè)定電路如下：3、恒比微分甄別器閾值設(shè)定1.28MeV0.511MeV1.28MeV的丫光子信號(hào)其對(duì)應(yīng)的反沖電子能量0--1.06MeV0.511MeV0.53--1.06MeV0.511MeV0--0.341MeV1.28MeV0.23--0.34MeV間。進(jìn)行譜儀的時(shí)間刻度在已定的工作條件下，將60Co放射源放在兩個(gè)探頭的中間位置，調(diào)節(jié)延遲器上的延遲時(shí)間，分別測(cè)量在不同延時(shí)下60Co的瞬時(shí)符合譜。記錄下該譜的峰位中心道址。選取最佳延遲時(shí)間調(diào)節(jié)不同的延遲時(shí)間，記錄在相同時(shí)間條件下測(cè)得的譜的峰位計(jì)數(shù)，取峰位最穩(wěn)定延遲時(shí)間作為最佳延遲時(shí)間，在最佳延遲時(shí)間下進(jìn)行瞬時(shí)符合譜及壽命譜的測(cè)量。60Co源的瞬時(shí)符合譜，確定譜儀的分辨時(shí)間60Co1.17MeV1.33MeV因中間能級(jí)的壽命很短（小于10-12秒），故此兩個(gè)丫光子可被認(rèn)為是同一瞬時(shí)發(fā)出的。在已選定的最佳延遲時(shí)間等工作條件下，測(cè)量60Co兩個(gè)丫光子的時(shí)間譜，得到一個(gè)高斯型的曲線(xiàn)，即稱(chēng)為瞬時(shí)符合譜，寬度FWH來(lái)表征時(shí)間譜儀的分辨時(shí)間大小。測(cè)量樣品的正電子壽命譜

60Co瞬時(shí)符合譜的半60Co源換成夾著兩個(gè)Al22Na源，在已選定的最高壓、恒比微分閾值、最佳延遲時(shí)間等條件下測(cè)量正電子在Al中湮滅的壽命譜。在已選定的工作條件下測(cè)量該樣品的正電子壽命譜。為滿(mǎn)足統(tǒng)計(jì)精度要求，每個(gè)譜的總計(jì)數(shù)在106個(gè)以上。譜數(shù)據(jù)處理使用解譜程序，調(diào)整解譜參數(shù)，以獲得滿(mǎn)意的合理結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理恒比微分甄別器閾值設(shè)定由實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的電路調(diào)節(jié)閾值，使起始道和終止道分別接收1.28MeV0.511MeV的丫光子產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，用甄別器對(duì)幅度進(jìn)行選擇，讓滿(mǎn)足條件的信號(hào)通過(guò)。起始道閾值：0.4――1.31終止道閾值：0.4――0.6對(duì)譜儀進(jìn)行時(shí)間刻度210005005 10 15 20Tiitie/ftS

2S 30 35峰位道址峰位道址時(shí)間刻度擬合方程：

4586202192

8984242591y=100>15

121383282988

161789363789則每道所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為9.99ps。3.選取最佳延遲時(shí)間在多道中，預(yù)設(shè)測(cè)量時(shí)間為1000s，在不同延遲時(shí)間條件下峰位的計(jì)數(shù)隨道數(shù)的變化：延時(shí)（ns）0481216計(jì)數(shù)032503854延時(shí)（ns）2024283236計(jì)數(shù)4547375450由于60Co 源在所選定閾值下的計(jì)數(shù)較低，峰位計(jì)數(shù)隨延時(shí)的變化不明顯，將最佳延遲時(shí)間選在12ns—24ns這段較為穩(wěn)定的時(shí)間段中，選擇最佳延遲時(shí)間為4. 20n6。測(cè)量Co源的瞬時(shí)符合譜在選定的能窗，最佳延遲時(shí)間等條件下，測(cè)量 60Co源的瞬時(shí)符合譜60測(cè)得Co源的瞬時(shí)符合譜半高寬：2則由每道所對(duì)應(yīng)的時(shí)間可知：分辨時(shí)間5.測(cè)量樣品的正電子壽命譜

t=2*9.99ps=19.98ps利用解譜程序:ITERATIONCYCLENO1COMPLETEDPOSITRONFIT..VERSIONMAR89.. JOBTIME11:26:3901-JUN-13************************************************************************No1-1************************************************************************TIMESCALE NS/CHANNEL 0.0100AREARANGE STARTSINCH. 1ANDENDSINFITRANGE STARTSINCH.50ANDENDSINCH.800RESOLUTION FWHM(NS) 0.2200FUNCTION INTENSITIES(%) 100.0000SHIFTS(NS) 0.0000INITIAL TIME-ZERO(CH.NO): 52.0000G

3001001PARAMETERS LIFETIMES(NS) 0.1500G0.4000GBACKGROUND FIXEDTOMEANFROMCH.750TOCH.900SOURCECORRECTION#######################FINAL RESULTS#######################CONVERGENCEOBTAINEDAFTER28ITERATIONSLIFETIMES(NS):0.07140.27661.4059STDDEVIATIONS:0.00310.00230.0102INTENSITIES(%):LIFETIMES(NS):0.07140.27661.4059/r/