正电子湮没技术(Position Annihilation Technique,PAT),是一项较新的核物理技术,它利用正电子在凝聚物质中的湮没辐射带出物质内部的微观结构、电子动量分布及缺陷状态等信息,从而提供一种非破坏性的研究手段而备受人们青睐。现在正电子湮没技术已经进入固体物理、半导体物理、金属物理、原子物理、表面物理、超导物理、生物学、化学和医学诸多领域。特别是材料科学研究中,正电子对微观缺陷研究和相变研究正发挥着日益重大的作用。
正电子湮没技术
湮没_正电子湮没技术 -基本原理
一种研究物质微观结构的方法。正电子是电子的反粒子,两者除电荷符号相反外,其他性质(静止质量、电荷的电量、自旋)都相同。正电子进入物质在短时间内迅速慢化到热能区,同周围媒质中的电子相遇而湮没,全部质量(对应的能量为2mec2)转变成电磁辐射──湮没γ光子。50年代以来对低能正电子同物质相互作用的研究,表明正电子湮没特性同媒质中正电子―电子系统的状态、媒质的电子密度和电子动量有密切关系。随着亚纳秒核电子学技术、高分辨率角关联测量技术以及高能量分辨率半导体探测器的发展,可以对正电子的湮没特性进行精细的测量,从而使正电子湮没方法的研究和应用得到迅速发展。现在,正电子湮没技术已成为一种研究物质微观结构的新手段。
湮没_正电子湮没技术 -正电子性质
1930年Dirac在求解相对论性的电子运动的Dirac方程时预言正电子的存在,1932年Andersan在威尔逊云室研究宇宙射线时发现了正电子。正电子是人类发现的第一个反粒子。
正电子可以由 b+ 衰变产生,也可由核反性和电子直线加速器产生,还可以通过 g 射线与物质的相互作用产生。当 g 射线的能量大于电子静止能量的两倍时(? 1.02 Mev),它与物质的相互作用将产生正负电子对效应。即 g 光子经过原子核附近时,其能量被吸收而转变为正负电子对如方程(1)所示。
g ? e + e+ (1)
正电子是轻子,它只参与电磁相互作用。除开所带电荷的符号与电子相反之外,正电子的其它性质(包括质量、电荷的数量、自旋和磁矩)均与电子相同。
当 g 射线能量大于两倍电子的静止能量经过原子核附近时,其能量被吸收而转换为正负电子对。反过来,正负电子相碰时,两粒子自身被湮灭而发出 g光子,如方程(2)所示:
e+ + e