正电子湮没寿命谱数据处理方法

正电子湮没谱实验数据处理方法陈志权1． 正电子寿命谱分析方法:通常正电子湮没的寿命谱可以写为一到几个指数成分之和：∑==ni i I t L 1i(1) texp(-)(τ其中τi 及I i 为正电子在处于不同湮没态时的湮没寿命及其强度。

上式是在理想情况下的正电子寿命谱表达式。

在实际测量中，由于仪器存在时间分辨率，我们测量所得到的寿命谱变成了理想寿命谱与谱仪时间分辨函数的卷积：∑∫=∞′−′′−=ni t i t t d e t t R I N t Y i 1(2) )()(λN t 为实验测量寿命谱的总计数。

R(t)为谱仪的时间分辨函数。

通常认为是高斯函数形式：(3) 2log 2,1)(2)/(FWHM e t R t ==−σπσσ其中FWHM 为高斯函数的半高宽(Full Width at Half Maximum)，σ为标准偏差。

则Y(t)可变换成如下的形式：(4) )/2/(21)(2)2/(1σσλσλλt erfc e I N t Y i t n i i t i i −=+−=∑其中，erfc(x)称为误差余函数，它的定义为：(5) 21)(1)(02dt e x erf x erfc xt∫−−=−=π在正电子寿命谱中，时间零点不是在t=0，而是在t 0处。

因此上式实际上为：(6) 2(21)(0)2/()(120σσλσλλt t erfc e I N t Y i t t n i i t i i −−=+−−=∑另外，在实际的正电子寿命谱测量中，Y(t)通常是以多道分析器(MCA)中每一道的计数来表示的。

为考虑道宽的影响，应建立每道中计数的数学表达式，即第j 道的计数Y j 应为从时间t j-1到t j 的积分，即为：(7) )(1dt t Y Y jj t t j ∫−=(8) )]()([201101,,σσλt t erf t t erf Y Y I Y j ni j j i j i iij −+−−−=−=−∑ 式中： (9) 2()2/()(,20σσλσλλt t erfc eY j i t t j i i j i −−=+−−利用高斯-牛顿非线性拟合算法，对实验测量的正电子寿命谱进行拟合，即可得到正电子在各个湮没态下的寿命τi及其强度I i。

用ＣＯＮＴｌＮ（ＰＡＬＳ２）程序计算正电子湮没寿命谱郁伟ｃ｛。

孙翼展清华大学现代麻用物理系，１０００８４，北京摘要：我们引入Ｊ’ＮＮｆＩ＇ＪＹ琏丁Ｌａｐｌａｃｅ变换的人Ｉ。

１１：【Ｕｆ奇命俐瞒科序ｃＯＮＴ｛Ｎ（ＰＡＬｓ２）。

本文再Ｊ该程序的原理和使川作简霹说ｆ抛．和实验基础１．，剥ＪｔＪＣＯＮｌ’】Ｎ（ＰＡＬｓ２）｝甲序训掉的结果进ｉｉｒ竹＂ｉ，』ｆ１ＪＩ，（）ＳＩｌｌＲＯＮＦｌｌ‘剁序的结粜进｛Ｊ‘ｊ－刘ｊ｝｛｛。

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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。

正电子湮没寿命测量刘家威黄永明唐奥（四川大学物理科学与技术学院核物理专业四川成都610065）摘要：本实验利用22Na衰变放出的1.28MeV的γ射线及其放出的正电子在样品中湮灭放出的0.511MeV的γ射线测量正电子在样品中的寿命。

实验中使用快符合电路及恒比微分甄别器电路对两种γ射线的时间和能量信息进行甄别符合，采用时幅转换电路(TAC)将获得的时间信息转换为幅度信息，并输入到多道分析器中。

最后，利用POSFIT软件对获得的谱线进行解谱得到正电子在样品中的湮灭寿命。

关键词：正电子湮没寿命谱符合法恒比微分甄别器能窗调节Positron annihilation lifetime measurementLiu JiaWei Huang YongMing Tang Ao(Sichuan University,college of physical science and technology,in Chengdu,Sichuan610065) Abstract:Through utilizing theγradiation of22Na and theγradiation generated by the annihilation of positrons which is radiated by22Na,this experiment measures the annihilation lifetime of positrons in the sample material.In this experiment,the instruments of Fast Coincidence and CFD are used to analyze the timing and energy information of the two types ofγradiations.And the time information is finally changed to amplitude information by TAC and input into the Multi-channel Analyzer.The annihilation lifetime positrons can be gained through spectrum unfolding in POSFIT.Keywords:Positron annihilation Fast coincidence method Lifetime spectrum Constant ratio differential discriminator Energy window regulator引言：1928年，狄拉克发表论文称，电子能够具有正电荷与负电荷。

正电⼦湮灭正电⼦湮灭仪正电⼦湮没技术（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。

正电⼦湮灭技术的发展概况正电⼦湮灭这种核技术对⽓体、液体和固体（结晶或⽆定形）都能进⾏研究，因⽽所研究的领域是很⼴的。

由于正电⼦主要跟物质中活跃的电⼦相互作⽤，因⽽所得的情报更能反映物质的电⼦结构，更能反映化学环境的变化，所提供的信息⽐光谱、质谱、核磁共振和电⼦⾃旋共振等还多。

这种技术除了要求亚毫微秒电⼦学技术外，其设备简单，数据处理也简单，因⽽较易建⽴和掌握。

此谱法的缺点是，各种物质的谱数据可能相类似，因⽽特征性差些。

另外，⾄⽬前为⽌，这⽅⾯⼯作还是处在探索和建⽴规律的阶段，有待完善理论⼯作以指导应⽤。

正电⼦湮灭技术的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。

正电⼦的性质1928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。