正电子湮没技术.ppt

正电子寿命谱与二态捕获模型 按两态捕获模型，实验中测得的正电子寿命谱S(t)是任一时刻单位时间湮没掉的正电子数目作为t的函数，它等于从两种状态湮没掉的正电子之和，即 （5） （6） （7） 第三十页，共五十三页，2022年，8月28日 寿命谱结果与二态捕获模型 实验测得的正电子寿命谱可以看作是两个互相独立的表观谱成分?1和?2的迭加，他们在寿命谱中的相对强度分别为I1和I2。 ?1和?2与物理图象中的正电子寿命一般不直接对应相等，而是通过式（4）互相联系。 ?1、?2、I1和I2是实验上可测量的量，从这几个量出发，再利用(4)和(7)式，在作了一些物理上合理的假定以后，原则上可求出我们感兴趣的量如?，?d等。但最简单的结果是立即可求出?f，它就等于平均湮没率?av，?av的定义为： （8） 第三十一页，共五十三页，2022年，8月28日 二态捕获模型的近似 为了得到一些更简单的关系式，便于分析实验结果，常可采用一些合理的近似： 无逃逸近似（简单捕获模型） 低缺陷浓度近似 第三十二页，共五十三页，2022年，8月28日 无逃逸近似 当缺陷捕获势很大时，基本上可忽略正电子的逃逸效应，由式（4）和（7），令逃逸率?=0，即可得常用的简单捕获模型结果。 （9） 第三十三页，共五十三页，2022年，8月28日 低缺陷浓度近似 当缺陷浓度很低时，?和?都很小，由式（4）和（7）可近似求得如下结果： （10） 式（9）和式（10）中都有这样的结果，即： 式子右边都是由实验可测量的量，因此可求出?值。 第三十四页，共五十三页，2022年，8月28日 捕获率?与缺陷浓度C的关系 通常从物理上认为，缺陷对正电子的捕获率?正比于缺陷浓度C，即有： 式中?为单位浓度的缺陷对正电子的捕获率，即比捕获率，它对于某一定材料中的某种缺陷在一定条件下可看作常数。 由实验数据计算得出的?值的变化可反映样品中缺陷浓度的变化。 第三十五页，共五十三页，2022年，8月28日 正电子的平均寿命 有时寿命谱中两个寿命成分靠得很近，以致难于用计算机程序将它们分离开来，或者有时希望用一个综合的参数来描述正电子湮没特性，这个参数就是正电子的平均寿命，在二态捕获模型下，可以写为： 将第（9）式代入这个式子中就有： 第三十六页，共五十三页，2022年，8月28日 实验谱的数据分析 寿命谱解析中所用PositronFit程序的数学模型 多普勒线形参数 第三十七页，共五十三页，2022年，8月28日 PositronFit程序的数学模型 正电子湮没实验中很大一部分工作在于解析实测谱，其中寿命谱解析中最常用的是PositronFit程序。 该程序的基本思想是假定谱仪的分辨函数可用60Co源同时放出的两个?射线在谱仪上测得的时间谱来表示，这个时间谱可以看成是一个单高斯函数。 实验所得到的正电子寿命谱是1~4个指数衰减曲线之和与仪器分辨函数的卷积再加上一个常数本底。其数学模式如下： 第三十八页，共五十三页，2022年，8月28日 正电子湮没技术 第一页，共五十三页，2022年，8月28日 概述 正电子湮没技术(Positron Annihilation Technique，简称PAT)是一门六十年代迅速发展起来的新学科。 通过测量正电子与材料中电子湮没时所发射出的?射线的角度、能量以及正电子与电子湮没前的寿命，来研究材料的电子结构和缺陷结构。 制样方法简便，适应的材料广泛，通过?射线带出信息有利于现场测量特点，在固体物理、材料科学及物理冶金和化学等领域得到了越来越广泛的应用。 第二页，共五十三页，2022年，8月28日 正电子发展历史 1939年狄拉克从理论上预言正电子的存在 1932年安德森，1933年Blackett和Occhian Line从实验上观测到正电子的存在 1934年MoHorovicic提出可能存在e+-e-的束缚态 1937年LSimon和KZuber发现e+-e-对的产生 1945年A. Eruark命名正电子素Positronium(Ps) 1945年A. Ore提出在气体中形成正电子素的Ore模型 1951年M. Deutsch首先从实验上证实Ps的存在 1953年R. E. Bell和R. L. Graham测出在固体中正电子湮没的复杂谱 1956年R. A. Ferrell提出在固体和液体中形成Ps的改进后的Ore模型；广泛研究了正电子在固体中的湮没 1974年O. E. Mogensen提出形成Ps的激励团模型(Spur Model) 1974年S. L. Varghese和E. S. Ensberq，V. W. He和I. Lindqre从n=1用光激发而形成n=2的Ps 19