正電子湮滅實驗報告xxx

正電子在物質(zhì)中的湮滅壽命實驗?zāi)康模?/p>

姓名：XXX

學號：XXXXXXXXXXXXX了解正電子壽命測量的的基本原理；初步掌握正電子壽命測量方法；了解正電子在物質(zhì)中湮滅的物理過程了解多道時間譜儀的工作原理，初步掌握多道時間譜儀的使用方法；初步掌握使用計算機解譜的數(shù)學方法。實驗內(nèi)容：對譜儀進行時間刻度；測定譜儀的分辨時間；測量正電子在給定樣品中的平均湮滅壽命。實驗原理：正電子在物質(zhì)中的湮滅壽命正電子是電子的反粒子，許多屬性和電子對稱。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發(fā)生湮滅反應(yīng)，湮滅的主要方式有三種：單光子湮滅，雙光子湮滅以及三光子湮滅。但發(fā)射單個光子或三個光子的湮滅過程，程中發(fā)射的丫光子，通常稱為湮沒輻射。

但幾率極小，湮沒過f f 從正電子的湮沒特性可知有自由態(tài)湮沒和捕獲態(tài)湮沒兩種：正電子在完整晶格中的湮沒往往是自由湮沒，一旦介質(zhì)中出現(xiàn)缺陷，那么就會出現(xiàn)捕獲湮沒過程。一般常見金屬及合金中，以自由態(tài)湮沒方式湮沒的正電子壽命，簡稱自由態(tài)正電子壽命,在100--250ps，少數(shù)幾咱堿金屬的值超過300psf f 質(zhì)的自由態(tài)正電子壽命種類的缺陷有不同的-d值。

長，且隨缺陷的線度增長而增長；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，人們可以通過正電子壽命變化來探視物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，這是正電子技術(shù)應(yīng)用的一個重要方面。測量正電子壽命的實驗原理B+亠、B+實驗中用的正電子一般來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階段，即熱化階段和擴散湮沒階段。介質(zhì)中正電子從熱化結(jié)束到湮沒這一時間間隔的長短與介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，但正電子進入介質(zhì)后的熱化時間只需幾個比，可以忽略不計。

ps，它與熱化結(jié)束到湮沒這段時間相正電子湮沒壽命的實驗測量原理如下：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的丫射線退激到22Ne的基態(tài)。在時間譜儀的分辨時間為10-10s時，可以認為衰變過程的e和丫射線是同時發(fā)射的。因此，測量正電子壽命時，1275keV的丫射線可作為e?生的時標信號，而e?湮滅時放出的兩個511keV的丫光子，可作為e?湮滅的時標信號。測量正電子產(chǎn)生和湮滅的時標信號之間的時差，即得正電子壽命。實驗設(shè)備：測理正電子壽命的實驗裝置稱為正電子壽命譜儀。目前常用用的有快--慢符合系統(tǒng)和快--快符合系統(tǒng)，本實驗采用-合系統(tǒng)和快--快符合系統(tǒng)，本實驗采用-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個個個快符合電路延時器時幅轉(zhuǎn)換器NIM機箱型號583414ADB463型號566型號250021111個個個臺PC機 1 臺2.壽命譜測量快--快符合電路2、快--快符合電路整體工作過程：當放射源22Na 放出的1.28MeV的丫光子被起始道閃爍探測所探測，從陽極輸出信號經(jīng)恒微分甄別器后，進入時間幅度轉(zhuǎn)換的起始道；與這個1.28MeV的丫光子“同進”放出的正電子進入待測樣品，經(jīng)某一段時間后湮滅，放出0.511MeV的丫光子被終止道閃爍探測器探測到，產(chǎn)生終止信號，經(jīng)恒比微分甄別器進入時間幅度轉(zhuǎn)換器的終止道。當兩信號的時間差在時間幅度轉(zhuǎn)換器的量程內(nèi)時，可轉(zhuǎn)換出一個電壓脈沖幅度正比于兩信號時間差的脈沖。實驗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的丫光子信號其對應(yīng)的反沖電子能量0--1.06MeV0.511MeV0.53--1.06MeV0.511MeV0--0.341MeV1.28MeV0.23--0.34MeV間。進行譜儀的時間刻度在已定的工作條件下，將60Co放射源放在兩個探頭的中間位置，調(diào)節(jié)延遲器上的延遲時間，分別測量在不同延時下60Co的瞬時符合譜。記錄下該譜的峰位中心道址。選取最佳延遲時間調(diào)節(jié)不同的延遲時間，記錄在相同時間條件下測得的譜的峰位計數(shù)，取峰位最穩(wěn)定延遲時間作為最佳延遲時間，在最佳延遲時間下進行瞬時符合譜及壽命譜的測量。60Co源的瞬時符合譜，確定譜儀的分辨時間60Co1.17MeV1.33MeV因中間能級的壽命很短（小于10-12秒），故此兩個丫光子可被認為是同一瞬時發(fā)出的。在已選定的最佳延遲時間等工作條件下，測量60Co兩個丫光子的時間譜，得到一個高斯型的曲線，即稱為瞬時符合譜，寬度FWH來表征時間譜儀的分辨時間大小。測量樣品的正電子壽命譜

60Co瞬時符合譜的半60Co源換成夾著兩個Al22Na源，在已選定的最高壓、恒比微分閾值、最佳延遲時間等條件下測量正電子在Al中湮滅的壽命譜。在已選定的工作條件下測量該樣品的正電子壽命譜。為滿足統(tǒng)計精度要求，每個譜的總計數(shù)在106個以上。譜數(shù)據(jù)處理使用解譜程序，調(diào)整解譜參數(shù)，以獲得滿意的合理結(jié)果。實驗數(shù)據(jù)處理恒比微分甄別器閾值設(shè)定由實驗報告中的電路調(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，用甄別器對幅度進行選擇，讓滿足條件的信號通過。起始道閾值：0.4――1.31終止道閾值：0.4――0.6對譜儀進行時間刻度210005005 10 15 20Tiitie/ftS

2S 30 35峰位道址峰位道址時間刻度擬合方程：

4586202192

8984242591y=100>15

121383282988

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