正电子湮没寿命谱在材料科学中的应用

正电子谱学原理⏹ 正电子 ⏹ 正电子湮没...)3,2(=>-+-+n n e e γ⏹ 双光子湮没n = 2⏹ 正电子寿命⏹ 湮没光子的能量和Doppler 展宽 ⏹ 湮没光子的角关联2γ湮灭过程中动量守恒的矢量图C M P T 0/≈θ2/L cP E =∆Doppler 展宽的线性参数⏹ 正电子源放射性同位素)28.1(22112211MeV e Ne Na γ++->+单能慢正电子束正电子实验⏹ 正电子湮没技术（70年代） ⏹ 正电子湮没谱学（80年代） ⏹ 正电子谱学（90年代后期） ⏹ 正电子谱学的主要特点：对固体中原子尺度的缺陷研究和微结构变化十分敏感，是其他手段无法比拟的。

对研究材料完全无损伤，可进行生产过程中的实时测量，能够满足某些特点的测量要求。

理论比较完善，可以精确计算很多观测量同实验进行比较。

固体内部的信息由光子毫无失真的带出，对样品要求低，不需特别制备或处理，不受半导体导电类型和载流子浓度等因素影响。

作为电子的反粒子，正电子容易鉴别，又能形成电子偶素，可以替代电子探针来获得材料中更多的信息，在许多实验中能够大大降低电子本底。

正电子谱学基本实验技术⏹正电子寿命谱⏹湮灭能谱的Doppler展宽及其S参数⏹湮没辐射的角关联⏹慢正电子束慢正电子束装置单能正电子的注入深度正电子扩散慢正电子束流的慢化体结构其中，S: 22Na源P: 铅屏蔽M: 钨慢化体T: 靶材料C: 有补偿线圈 D: 高纯锗探测器 E: 液氮冷却装置Slowpos-USTC ：慢电子束流装置示意图Slowpos-USTC ：慢电子束的数据测量和控制系统慢正电子束特点：◆ 可探测真实表面（几个原子层）的物理化学信息 ◆ 探测物体内部局域电子密度及动量分布 ◆ 可获得缺陷沿样品深度的分布⏹ 单能正电子平均注入深度的经验公式：62.1)()/()/(/4003===n keV E cm g keV A A AE Z n n为正电子注入能量为靶密度，其中ρρ正电子谱学应用之一Open volume defects of superconducting thin filmYBa2Cu3O7-δ高温超导体中空位型缺陷不仅是不可避免的，而且也是必须的。

手性丙烯酸酯侧链液晶共聚物的正电子湮没寿命谱研究
何流;张树范;漆宗能;王佛松;魏龙;王文华
【期刊名称】《高分子材料科学与工程》
【年(卷),期】1998(14)2
【摘要】用正电子湮没寿命谱研究了手性丙烯酸酯侧链液晶共聚物分子主链与介晶基元侧链的运动行为及相互作用。

结果表明，侧链液晶基元的取向随磁场强度增加而增加，当磁场强度达到一定值后则趋于恒定。

侧链介晶基元受磁场的诱导取向对分子主链运动的影响为非线性效应。

【总页数】3页(P104-106)
【关键词】正电子湮没寿命;侧链液晶共聚物;丙烯酸酯;手性
【作者】何流;张树范;漆宗能;王佛松;魏龙;王文华
【作者单位】中国科学院化学研究所;中国科学院高能物理研究所核技术开放实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O632.52;O631.13
【相关文献】
1.W-K 合金的正电子湮没寿命谱研究 [J], 杨力;朱敬军;安竹;舒小艳;唐军
2.侧链型丙烯酸酯共聚物相变的正电子湮没谱研究 [J], 王文华;何流
3.聚四氟乙烯中正电子湮没寿命谱中等寿命成份湮没过程性质研究 [J], 王淑英;张天保;等
4.正电子湮没寿命谱技术应用于聚合物微观结构研究的进展 [J], 廖霞;张琼文;何汀;安竹;杨其;李光宪
5.手性丙烯酸酯侧链液晶共聚物的研究 [J], 何流;张树范;漆宗能;王佛松
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正电子湮没谱学试题2016，2，181.简述闪烁体探测器的基本组成和工作原理。

答：闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生的电离、激发而产生的荧光来探测电离辐射的探测器。

闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。

射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使闪烁体原子、分子电离或激发。

受激原子退激而发出荧光光子。

然后利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多的收集到光电倍增管的光阴极，通过光电效应打出光电子。

光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104-109个，电子流在阳极负载上产生电信号，此信号由电子仪器记录和分析。

2.简述正电子谱学的基本原理（正电子的产生，正电子注入、热化、湮没过程，典型寿命值等）。

答：正电子是电子的反粒子，它不天然存在，因为遇电子会发生湮没，往往用人工办法产生。

主要的产生正电子的方法有两种，一种方法是通过加速器或反应堆，利用核反应生成缺中子放射源，如22Na，64Cu，58Co等等。

另外一种方法是通过高能光子的电子对效应产生正电子。

而实验中常常使用第一种方法，从放射源发出的高能正电子入射至固体表面时，它可能被表面散射，也可能穿透表面进入材料体内。

当正电子进入材料体内后，由于正电子带正电，故在固体中正电子受到同样带正电的原子实强烈排斥。

正电子通过与原子实以及电子的非弹性碰撞而很快损失动能，在约1~3ps内慢化到热能。

k B T,室温下为0.025eV。

热化后的这一过程称为正电子的热化。

热化后正电子能量为32正电子在固体中扩散，在扩散过程中会与电子发生自由湮没，也可能被一个空位型缺陷捕获后湮没。

正电子湮没后发射2个或3个γ光子，而由于正电子与电子的湮没过程是电子-正电子对质量转换成电磁能量的相对论质能转换过程，由量子电动力学的不变性导出的选择定则表明，2γ衰变与3γ衰变的事件比为371:1，因此主要的过程是2γ湮没。

当正电子速度远低于光速c时，其湮没率λ（λ=1/τ，τ为正电子寿命）为：λ=πr02cn e,（1）其中n e—正电子周围的电子密度。

正电子在物质中的湮灭寿命姓名：xxx 学号：xxxxxxxxxxxxx实验目的：1. 了解正电子寿命测量的的基本原理；2. 初步掌握正电子寿命测量方法；3. 了解正电子在物质中湮灭的物理过程4. 了解多道时间谱仪的工作原理，初步掌握多道时间谱仪的使用方法；5. 初步掌握使用计算机解谱的数学方法。

实验内容：1. 对谱仪进行时间刻度；2. 测定谱仪的分辨时间；3. 测量正电子在给定样品中的平均湮灭寿命。

实验原理：1. 正电子在物质中的湮灭寿命正电子是电子的反粒子，许多属性和电子对称。

正电子与电子质量相等，带单位正电荷，自旋为1/2h ，磁矩与电子磁矩大小相等，但方向相反。

正电子与电子相遇就会发生湮灭反应，湮灭的主要方式有三种：单光子湮灭，双光子湮灭以及三光子湮灭。

但发射单个光子或三个光子的湮灭过程，但几率极小，湮没过程中发射的γ光子，通常称为湮没辐射。

从正电子的湮没特性可知有自由态湮没和捕获态湮没两种：正电子在完整晶格中的湮没往往是自由湮没，一旦介质中出现缺陷，那么就会出现捕获湮没过程。

一般常见金属及合金中，以自由态湮没方式湮没的正电子寿命，简称自由态正电子寿命f τ,在100--250ps ，少数几咱碱金属的f τ值超过300ps ；捕获态正电子寿命d τ比相同介质的自由态正电子寿命f τ长，且随缺陷的线度增长而增长；不同种类的缺陷有不同的d τ值。

根据Dirac 理论，发生双光子湮灭的几率为20eR πr cn ∝，其中c 是光速，r0为电子经典半径，e n 为物质的局域电子密度。

所以正电子的湮灭寿命1e n τ∝，当物质结构的发生变化（例如产生空位缺陷，辐射损伤，形变等）将导致物质局域电子密度e n 变化，正电子湮灭寿命也随之发生改变。

因此，人们可以通过正电子寿命变化来探视物质结构变化，这是正电子技术应用的一个重要方面。

2. 测量正电子寿命的实验原理实验中用的正电子一般来自放射性同位素的β+衰变，能发射正电子的放射性同位素有Na 22、Co 58、Cu 64、Ge 68等，常用的β+源是Na 22源，它放出的正电子最大动能为0.545MeV ，半衰期2.6年。

正电子湮没技术基本原理2.1前言在20世纪30年代发现了正电子，40年代起人们把它应用于固体物理研究，60年代末又将它广泛应用于材料科学，80年代又把它应用于表层和表面研究。

正电子湮没谱学实验技术主要有三种：多普勒能谱、寿命谱和角关联（其装置分别简称为多普勒仪、寿命谱仪和角关联装置）。

PAT之所以能得到迅速的发展是由于它具有许多独特的优点：（1）PAT研究是样品中原子尺度缺陷，这些缺少原子的缺陷在X衍射、电镜中研究颇为困难。

（2）PAT对样品的温度几乎是没有限制，如可以跨越材料的熔点或凝固点，而信息又是通过贯穿能力很强的γ射线携带出来的，因此易于对样品作高低温的动态原位测量，即一面升降温一面测量，或在测量时施加电场、真空、磁场、高气压等特殊环境。

（3）它对样品材料种类没有什么限制，可以是固、液或气，可以是金属、半导体、高分子或绝缘体，可以是多、单晶、液晶或非晶等，总而言之，凡是与材料电子密度及电子的动量有关的问题，理论上都可用PAT来研究。

（4)室温测量下的PAT的制样方法简便易行，仪器也不太复杂，使它容易得到推广。

2.2正电子和正电子湮没2.2.1物理量上表列出了正电子与电子的一些物理属性。

2.2.2正电子湮没正电子遇到物质中的电子时会发生湮没，这时正电子、电子的质量全都转变为γ光子的能量，湮没时主要发射2个γ光子，称为2γ湮没或双光子湮没。

对于实验室，用的最多是放射性同位素源，而其中最广泛使用的是Na 22，Na 22相对于其他正电子源有几个优点：①其半衰期长达2.6a ；②正电子产率高达90%；③在发射正电子的同时，还会伴随发射一个能量约为1.28MeV 的γ光子。

它的衰变方程为：ν++→+*+e Ne Na 2222 （1） )28.1(2222MeV Ne Ne γ+→* （2） 第（1）个方程衰变后的几个皮秒内，第（2）方程便衰变了。

一般从放射源发射出的正电子能量大约在几百千电子伏特到几兆电子伏特之间，正电子进入物质后，大约在s 1210-量级内动量降至kT 量级（室温下约为0.025eV ）。

MgAl2O4透明陶瓷的正电子湮没寿命谱研究
王鹏;林理彬;何捷;卢勇
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2001(016)007
【摘要】采用正电子湮没寿命谱的方法研究了Mg－Al尖晶石透明陶瓷被电子、质子辐照后的缺陷情况，以及在γ射线辐照下，缺陷情况随γ射线剂量的变化规律。

并研究了其退火特性。

【总页数】2页(P60-61)
【作者】王鹏;林理彬;何捷;卢勇
【作者单位】四川大学物理系;四川大学物理系;四川大学物理系;四川大学物理系【正文语种】中文
【中图分类】TM28
【相关文献】
1.掺La透明陶瓷MgAl2O4正电子湮没寿命谱的研究 [J], 王鹏;林理彬;何捷;卢勇
2.用正电子湮没寿命谱研究锰锌铁氧体纳米晶的缺陷结构 [J], 王立群;余大书
3.MgAl_2O_3透明陶瓷正电子湮没寿命谱的研究 [J], 王鹏;林理彬;何捷;卢勇
4.正电子湮没寿命谱技术应用于聚合物微观结构研究的进展 [J], 廖霞;张琼文;何汀;安竹;杨其;李光宪
5.基于正电子湮没寿命谱研究Fe-
6.5wt.%Si合金中热空位的生成 [J], 韦晓;王艳丽;梁永锋;叶丰;林均品;陈国良;李卓昕;王宝义
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34卷(2005年)2期多孔硅薄层的正电子湮灭寿命研究3蒋中英1,2 黄红波1 徐　寒1 黄彦君1 夏元复1,(1　南京大学物理系　南京　210093)(2　伊犁师范学院物理系　伊宁　835000)摘　要 用阳极氧化法按不同腐蚀条件制备的多孔硅,其薄层厚度仅为几十纳米,远小于22Na 源的正电子平均射程.文章提出了一种用22Na 的正电子测量体寿命谱并扣除基片贡献的方法,来确定多孔硅薄层的平均孔径.关键词 正电子湮没,多孔硅,正电子素,阳极氧化法Ana lysis of the porosity of porous sili con thi n l ayersby positron ann i hil a ti on li feti m e spectroscopyJ I A NG Zhong 2Ying 1,2 HUANG Hong 2Bo 1 XU Han 1 HUANG Yan 2Jun 1 X I A Yuan 2Fu1,(1　D epart m ent of Physics,N anjing U niversity,N anjing 210093,China )(2　D epart m ent of Physics,Yili N or m al College,Yining 835000,China )Abstract A porous silicon thin layer was p repared by anodic oxidation under different corr osion conditionE 2mails .The layer thickness was a few tens of nanometers,which is much s maller than the average range of posi 2tr ons fr om a 22Na source .The mean pore volume and s pecific surface area in the samp les were measured with22Na positron life spectroscopy,by measuring the bulk lifeti m e s pectrum of porous silicon and then deductingthe lifeti me s pectrum of the substrate .Key words positr on annihilation,porous silicon,ortho 2positr onium,anodic oxidati on3　国家自然科学基金(批准号:19835050)重点资助项目2004-08-10收到初稿,2004-10-08修回　通讯联系人.Email:H sia@nju .edu .cn 多孔硅材料微观结构直接影响材料的物理特性,因此研究多孔硅材料的微观结构显得十分重要.由于多孔硅中的孔隙率的不同,它有可能呈现光致发光效应[1,2]或感湿现象[3]等.而多孔硅的这些性质及其广泛的应用前景已引起学者、产业界和商家的极大兴趣.一种常用制备多孔硅材料的方法是将单晶硅置于氢氟酸溶液中进行电化学腐蚀.通过控制氢氟酸溶液浓度和电流密度,可实现控制多孔硅的孔的尺寸及孔隙率的大小.本实验便是采用此方法制备样品的.用正电子湮灭技术(P AT )研究多孔材料有其独特优点:正电子的功函数为负值,它倾向居于固体表面或进入空穴,由于所形成的亚稳束缚态(正电子素,记为o -Ps,o -Ps 直径约0.11n m )很小,所以即使是单原子空穴也可以进入并与其周围物质反应,然后湮灭.e +的这种表面性使P AT 成功地应用于多孔介质的表面状态的研究中[4].22Na 发射的正电子能量的平均值为0.15MeV,在单晶硅中的平均射程约100μm ,在多孔硅中,平均射程视孔隙率不同而不同,达到几百微米,难以满足在常规正电子湮灭寿命谱系统测量要求,不能保证正电子全部在样品中湮灭(为了保证正电子湮灭所反映的是射程末端材料结构信息,样品厚度必须取经验公式计算射程的3—5倍,方能保证正电子不会穿透样品),阳极氧化法制备的多孔硅层仅分布在硅片表面上,其厚度为几十纳米,部分正电子透过多孔硅层在基片中湮灭,普通的正电子湮灭寿命谱测量结果受到干扰,给常规实验带来不便.本文介绍了一种从腐蚀后的多孔硅片的寿命谱结果中扣除腐蚀前的硅片的湮灭参数,求解多孔硅薄层中正电子湮灭参数的修正方法,并通过该方法和实验研究得到了多孔硅薄层孔隙率与氢氟酸浓度及电流密度的关系.・741・物理1　原理及方法由22Na 放射源(其正电子最大动能为545ke V )放出的正电子具有较高的动能,进入介质后,通过与电子、原子或离子的非弹性碰撞损失能量,其动能降到热能水平,然后以热运动速度扩散.此过程称为热化阶段,所经历的时间仅为几个p s (1p s =10-12s ).热化后的正电子在材料中扩散,在扩散过程中与材料中的电子发生湮灭,产生γ光子,由它将材料中的信息带出来.这一扩散湮灭过程的持续时间因材料不同而不同.正电子发生时刻作为起始信号,到发出0.511Me V 湮灭光子时刻作为终止信号,这一时间间隔作为正电子寿命.热化后,正电子动能仅为01025e V,扩散距离很短,因此扩散距离并不影响正电子的射程.正电子在介质中的射程主要由热化阶段决定.对于22Na 源,Paulin 已给出正电子射程与材料密度的经验公式[4]:1R +=2.8×ρ×Z 0.15E-1.19,(1)其中ρ为材料密度(单位:g/c m 3),E -是22Na 正电子平均动能(单位:Me V ),R +为正电子平均射程(单位:c m ),Z 是材料的原子序数.可以估算22Na 正电子在硅材料中的平均射程为103.9μm ,部分被多孔薄层吸收湮灭,另一部分则进入硅基片中湮灭.注入正电子在固体中的分布与其他带电粒子一样,以指数分布曲线描述[5],即:N (r )=N 0R +e-r/R +,(2)式中r 为从样品表面算起的深度.N (r )d r 为r 到r +d r 薄层内的正电子数目.N 0为正电子总数,其倒数R -1+是材料对正电子的吸收系数.设多孔硅层厚度为d ,对(2)式积分得到正电子在多孔硅层湮灭的份额为α=∫dN (r )d r =N 0(1-e-d /R +).(3) 在此我们对多孔硅样品的正电子湮灭谱采用三态捕获模型函数法来拟合,而对单晶硅采用二态捕获模型拟合.正电子在完整晶体中热化、扩散,与电子相碰撞发生正负电子湮灭称自由态湮灭,一旦晶体中出现缺陷(如空位、位错、位空洞)等,情况将会发生变化.在完整的原子点阵中出现一个正电荷空位,这种空位相应带有等效负电荷,而正电子带正电,在空位处,正电子势能更低,正电子容易被空位缺陷捕获,而后再湮灭,这就是正电子的捕获态湮灭.由于空位处电子密度较低,正电子空位捕获态湮灭的寿命将变长.正电子还可以与样品中的电子组成一种亚稳定束缚态,它类似于氢原子而被称之为正电子素(简称o -Ps ).正电子素的湮灭与正电子自由态湮灭和正电子捕获态湮灭完全不同.它的形成和寿命与样品中的自由体积(可看成微空洞)的大小和孔的数目有关.微空洞数目越多,o -Ps 形成概率越大,形成的o -Ps 数就越多;空洞越大,空洞内电子密度愈低,o -Ps 的寿命也就越长(一般o -Ps 的寿命大于0.5ns ).对于单晶硅,正电子在样品中除了自由态湮灭外,只有一种缺陷(空位或空位团)捕获态,因此对于它的正电子湮灭寿命谱采用二态捕获模型来拟合.其拟合结果为两种正电子态寿命τ1,τ2及其相应强度分别为I 1,I 2.对于多孔硅谱,采用三态捕获模型函数法拟合的原因是在多孔硅样品中存在三种湮灭方式[5]:自由态湮灭、空位或空位团等缺陷捕获湮灭和正电子素的拾取(p ick 2off )湮灭.设样品的相关参数为I 1,τ1,I 2,τ2,I 3,τ3.多孔硅层参数为I 1a ,τ1a ,I 2a ,τ2a ,I 3a ,τ3a,硅基片参数记为I 1b ,τ1b ,I 2b ,τ2b ,I 3b ,τ3b,其中I i 是相应于寿命τi 的强度.因为有α份额的正电子被多孔层吸收并湮灭,则在基片吸收并湮灭的份额应为(1-α).于是正电子入射到样品后,任何时刻均有∑3i =1I i Γi exp (-Γi t )=α∑3i =1I a i Γa i exp (-Γai t )+(1-α)∑3i =1I b i Γbi exp (-Γbi t ),(4)对(4)式两边的t 从0到∞积分,并注意到t =0时刻等式两边相等,容易得到∑3i =1Ii=α∑3i =1Ia i+(1-α)∑3i =1I b i,∑3i =1I iΓi=α∑3i =1I a iΓa i+(1-α)∑3i =1I b iΓb i,(5)式中Γi =τ-1i ,(5)式是(4)式成立的必然结果.若认为I i =αI a i +(1-α)I biI i Γi =αΓa i +(1-α)I b b Γb i (6)成立,那么(4)式也必然成立.(6)式的物理意义是,正电子湮灭参数在样品中的第i 成分应是在多孔层和基片中湮灭的对应成分的贡献总和.计算得到α,再测定了I i ,τi 和I i b ,τi b,利用(6)式便可求出一组I i a、τi a.・841・　34卷(2005年)2期在正电子湮灭谱学参数测试中,人们最关心的3个参数是湮灭强度I i ,各成分平均寿命τi 及样品相关参数是否等于多孔硅层和硅基片的相应参数的叠加结果.(6)式是在特定条件下推导出来的,只能保证前两个参数满足要求,然而后一个参数只有当τi a =τi b =τi 时才可能满足要求.正电子湮灭寿命谱参数的偏差δ为δ=∑3i =1I iΓi-α∑3i =1I a i τai +(1-α)∑3i =1I b iτb i∑3i =1I iΓi.(7)如果δ过大,(6)式的关系不再成立,此方法不能使用.因此,应用22Na 正电子固体薄层寿命谱学技术必须注意以下两点:(1)该技术是利用间接法测量固体薄层的正电子湮灭参数,首先必须对基片(作为比较样品)进行测量.为此,比较样品必须和实验基片一致,包括尺寸、物质种类、机械加工、热处理、化学处理及测试条件等.(2)以上讨论忽略了源效应的影响及对α的计算误差,所以只适用于较厚膜(厚度>1μm )的测量.设m 1为腐蚀前硅片的质量,m 2为腐蚀后硅片的质量,m 3为清除掉多孔硅层后的硅片质量,则多孔硅的孔隙率为ε=(m 1-m 2)/(m 1-m 3).(8)精确地测定腐蚀前后以及清除掉多孔硅层后的硅片的质量,即可计算得到多孔硅的孔隙率.2　实验材料及测试实验用N 型〈100〉面单晶硅制备多孔硅.硅片置于盛有浓度为40体积百分比的氢氟酸与酒精混合溶液中进行电化学腐蚀,其中硅片作为阳极,液体为恒温20℃.样品腐蚀后放入乙醇中清洗多次,然后置入真空烘干箱,干燥24小时,使乙醇完全蒸发.使用EG&G ORTEC 快-快符合寿命谱仪,进行了正电子湮灭寿命谱常温测量.在测量中,放射源为以铝A l 为衬底的22Na 夹心源,源强为20μCi,Na 视窗条件下的F WH M 为270p s,道宽为144p s,每个谱的总计数为2×106.为了保证较小δ值,以满足(6)式的条件,对未腐蚀前硅片(简称硅基体)的正电子谱采用双寿命拟合,对多孔硅的谱线采用三寿命拟合.表1　在不同氢氟酸浓度腐蚀条件下制备的多孔硅的正电子湮灭参数(阳极电流密度I =30mA /c m 2,室温T =20℃,腐蚀时间t =20m in )氢氟酸体积百分比τ1/p s τ2/p s τ3/ns I 1/%I 2/%I 3/%多孔硅厚度/μm 孔隙率/%2022846735.793.8 3.3 2.973.5824023345532.693.7 3.2 3.188.1756022946327.293.4 3.3 3.391.2708023047311.292.2 3.7 3.799.5631002354436.493.13.23.2102.360表2　在不同氢氟酸浓度腐蚀条件下制备的多孔硅薄层正电子湮灭参数(阳极电流密度I =30mA /c m 2,室温T =20℃,腐蚀时间t =20m in )氢氟酸体积百分比τ1/p sτ2/p sτ3/nsR /nm I 1/%I 2/%I 3/%多孔硅厚度/μm 孔隙率/%δ/%2023879835.711.0971.7 4.024.373.582-0.64026955832.610.6880.6 3.216.288.175-0.106023756527.29.9482.1 3.614.391.270-0.38023954411.2 6.8781.4 4.913.799.563-0.31002564586.55.3785.43.211.4102.3600.1表3　在不同电流密度腐蚀条件下制备的多孔硅的正电子湮灭参数(体积比HF:CH 3CH 2O =1:1,室温T =20℃)电流密度/mA腐蚀时间t /m inτ1/p sτ2/p sτ3/nsI 1/%I 2/%I 3/%多孔硅厚度/μm孔隙率/%1060228441 5.392.9 3.3 3.8119.55220302284528.794.5 2.8 2.7105.265302022948211.293.6 3.2 3.294.371401523247219.094.0 2.8 3.290.775501223344825.994.12.83.191.274・941・表4　在不同电流密度腐蚀条件下制备的多孔硅薄层的正电子湮灭参数(体积比HF∶CH3CH2O=1∶1,室温T=20℃)电流密度/mA/c m2腐蚀时间/m inτ1/p sτ2/p sτ3/ns R/nm I1/%I2/%I3/%多孔硅厚度/μm孔隙率/%δ/% 1060230448 5.3 4.8787.7 3.48.9119.552-0.1 20302315318.7 6.1489.1 1.99.1105.2650.2 302023774211.2 6.8783.0 3.213.894.3710.15 401525971619.18.6182.5 1.216.390.775-1.7 501226562025.19.6282.6 1.215.291.274-0.83　结果和讨论硅基体的结果为:τ1=227p s,τ=436p s,I1=9618%,I2=3.2%.在多孔硅的正电子湮灭寿命谱结果中,短寿命组分τ1为228—235p s之间,长寿命组分τ2为441—482p s之间,与单晶硅及非晶硅的体寿命值基本一致.最长寿命组分τ3为几到几十纳秒,是在孔洞中形成正电子素o-Ps的拾取湮灭的结果.从多孔硅及硅基片共同寿命谱结果中扣除硅基片成分后,便可得到多孔硅薄层正电子湮没参数(见表2和表4).δ在±2%以内.实验结果显示,多孔硅薄层的短寿命成分τ1与样品的短寿命实验参数接近,稍稍偏大,是多孔硅晶粒晶格膨胀的结果[6].长寿命成分τ2与样品实验参数也较接近,为多孔硅中缺陷湮没成分.最长寿命成分τ3为正电子在多孔硅孔洞和缺陷中湮没的平均寿命,是正电子形成o-Ps的结果[6].由表2可知,τ3随氢氟酸浓度的增加而减小,其百分含量I3也随之减小,原因在于当氢氟酸浓度较高时,位于表层的硅吸附了较多的F离子,因而在表面形成较高的势垒,阻挡了F-离子的通过,导致在相同电流密度下氢氟酸对孔壁的腐蚀作用减弱.表4的结果表明,在腐蚀时间与电流密度为常数条件下,τ1,I3都随电流密度的增大而增大,说明电流密度是决定多孔硅的孔的大小和孔率的主要因素.由正电子素o-Ps的Pick2off[7]的湮灭模型可知,τ3值与多孔硅的孔半径R有关,τ3越大,R越大.根据分形聚集体理论(DLA)生长模型[8],当电流密度增加,粒子向硅表面的迁移几率增大,平均自由程减短,扩散长度减小,孔向孔壁生长的几率变大,使得孔变大,孔密度增加.同时电流大时在孔内部顶端容易产生惰性氧化物,使原孔顶端粒子俘获生长的几率大大下降,而孔壁的生长几率相对增大,也使得孔变宽,孔密度增加.这种现象与文献[3]中的报道一致.本文用多孔硅体寿命谱扣除基片寿命谱的方法研究了多孔硅薄层的孔半径的变化与腐蚀电流强度和腐蚀时间的关系,得出与其他方法相同的结论,因此该方法为研究材料表面薄层的微孔半径变化提供了一条新途径.参考文献[1]涂楚辙,江从春.功能材料,2000,31:139[Tu C Z,J iangC C,Functi onalMaterials,2000,31:139(in Chinese)][2]王晓静,李清山.液晶与显示,2003,18:421[W ang X J,L i Q S.Chinese Journal of L iquid Crystals and dis p lays,2003,18:421(in Chinese)][3]许媛媛,何金田,李新建等.传感器技术,2003,22:5[XuY 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用正电子湮没寿命谱学法研究DKDP单晶缺陷形成机理史子康;官月英
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】1992(21)1
【摘要】本文首次用正电子湮没寿命谱学法研究 DKDP 单晶生长缺陷形成的机理,说明了正电子湮没技术是检测离子型晶体缺陷的有力手段。

【总页数】7页(P77-83)
【关键词】DKDP晶体;正电子湮没;缺陷;非线性
【作者】史子康;官月英
【作者单位】中国科学院福建物质结构研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN304.6
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Geant4模拟正电子在金属中的湮没正电子是人类发现的第一个反物质，它是电子的反粒子。

正电子的质量与电子相同，电荷量也相同但它带正电荷，与电子电荷相反。

正电子进入物质后与物质中的电子可以发生湮没，也可以跟电子结合形成亚稳态原子——电子偶素然后再湮没。

电子偶素或正电子的湮没均发射特征γ射线，这是质量转化成能量的典型例证。

利用现代核谱学方法可以精确测量电子偶素和正电子的湮没辐射能谱、湮没寿命谱和湮没辐射角关联，从而可以得到有关物质微观结构的信息。

多年以来，低能正电子与物质的相互作用的实验技术越来越完善，逐渐形成了一门新兴的独具特色的交叉科学——应用正电子谱学，并在凝聚态物理、材料科学、化学、原子分子物理以及生物医学等领域得到广泛应用。

关键词：正电子；寿命谱；湮没；绪论本文用慢正电子束在用于测量材料的微观属性上起到了重要作用，它以它独特的优点被广泛用于许多领域。

本文主要介绍了基于Geant4模拟的能量为1kev 至50kev的慢正电子束射入金属材料中，正电子在材料中通过背散射等各种相互作用，测量其在材料中的注入分布。

把通过模拟所得到的数据与实验测得的数据进行比较，分析模拟中的不足。

背景在正电子湮没技术上发展的慢正电子束技术在过去的几十年里得到了巨大的发展。

今天，它作为一种标准的技术用于描述固体和液体的特性。

慢正电子束技术有两大独特优点，一是对样品中原子尺度的缺陷极为敏感；二是对样品几乎没什么限制，只要是涉及到材料的电子密度及电子动量的有关问题，原则上讲都可以用正电子湮没技术来研究。

1950年Madansky和Rasetti提出了正电子慢化技术设想，我们把从放射源发射的正电子打入对正电子具有负功函数的固体中，正点子就能从表面逸出，而此时的正电子的能量比较低，仅为eV量级。

我们通过电磁场把正电子收集起来，再加速到一定速度，以供我们使用。

我们可以利用不同能量的正电子束打入材料的不同深度，得到正电子在材料不同深度的湮没数据，从而得到材料不同深度的物理性质。