正電子湮沒壽命譜測量

《正電子湮沒壽命譜測量》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、正電子湮沒壽命譜測量工程物理系工物22方僑光2002012041【實驗概述】1928年，Dirac預(yù)言了正電子的存在；1932年，C.D.Anderson證實了正電子的存在。近20年來，正電子湮沒技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，在固體物理、金屬物理和材料科學領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。正電子湮沒技術(shù)可以分為壽命測量、角關(guān)聯(lián)測量和線形測量，本實驗進行的是壽命測量?！緦嶒炘怼?、正電子湮沒壽命從放射源發(fā)射出的高能正電子射入物質(zhì)中后，首先在極短時間內(nèi)（約10-12s以下）通過一系列非彈性碰撞減速，損失絕大部分能量至熱能，這一過程稱為注入與

2、熱化。熱化后的正電子將在樣品中進行無規(guī)擴散熱運動，最后將在物質(zhì)內(nèi)部與電子發(fā)生湮沒。從正電子射入物質(zhì)到發(fā)生湮沒所經(jīng)歷的時間一般稱為正電子壽命。由于湮沒是隨機的，正電子湮沒壽命只能從大量湮沒事件統(tǒng)計得出。在壽命測量中，最常用的正電子源是22Na放射源。當它發(fā)生β+衰變時，主要產(chǎn)生動能為0-540keV的正電子并幾乎同時發(fā)射能量為1.28MeV的γ光子。因此，可以將此γ光子的出現(xiàn)作為產(chǎn)生正電子的時間起點，而0.511MeV湮沒γ光子的出現(xiàn)即是正電子湮沒事件的終點。這段時間間隔便可以近似地看作正電子的壽命。利用時間譜儀對每個湮

3、沒事件都可以測得湮沒過程所需的時間，對足夠多的湮沒事件（約需106次）進行記錄，就得到了正電子湮沒壽命譜?？梢姡^測量正電子湮沒壽命實際上就是測量一次湮沒事件中有關(guān)聯(lián)的兩個不同能量的γ光子出現(xiàn)的時間差；將發(fā)射1.28MeV的γ光子作為時間的起始信號，而把發(fā)射0.511MeV的γ光子作為終止信號。2、實驗儀器樣品b+源高壓探頭恒比甄別時幅多道PC延時恒比甄別探頭高壓起始停止正電子湮沒壽命譜測量快一快符合系統(tǒng)（1）塑料閃爍探測器塑料閃爍探測器由塑料閃爍體及光電倍增管組成。當γ光子射入塑料閃爍體內(nèi)時可發(fā)生康普頓效應(yīng)，所產(chǎn)生

4、的反沖電子的能量被閃爍體吸收而發(fā)生閃爍光。利用光電倍增管把微光放大并轉(zhuǎn)換成電脈沖輸入到相應(yīng)的電子學線路中進行測量。光電倍增管由一個光陰極和多個倍增電極（通常又稱為打拿極）以及陽極構(gòu)成。陽極端接地，陰極端加負高壓，在各打拿極上由分壓電阻給出一級比一級高的電位。（2）恒比甄別器（CFD）是時間譜儀中決定時間分辨率的關(guān)鍵部件之一。光電倍增管輸出脈沖的幅度和上升時間是隨脈沖而有變化的，直接用它來觸發(fā)一電子學線路時，觸發(fā)時刻會因此而出現(xiàn)抖動。為了解決這一問題，采用CFD對光電倍增管的脈沖輸出進行整理。它的作用是在每一陽極脈沖上升

5、時間的一恒定點上產(chǎn)生一信號，使輸入到時間幅度轉(zhuǎn)換器的脈沖起始（或終止）時間與光電倍增管脈沖輸出的起始時間之間有一恒定的時間差，不受光電倍增管輸出脈沖幅度等變化的影響，而只決定于光子γ發(fā)射的時刻。這就顯著地提高了測量的準確度。（3）時幅轉(zhuǎn)換器將CFD輸出的起始信號與另一個CFD輸出的終止信號之間的時間差線性地轉(zhuǎn)換為一脈沖的幅度。其測量原理如下：時間分析器相當于一個恒流源在電流開關(guān)K的控制下對電容C充電；起始信號使開關(guān)K接通，而終止信號使K斷開。根據(jù)電學基本知識，電容C上的電壓幅度V與充電時間t的關(guān)系為上式表明，由于I和C

6、都是恒定的，輸出脈沖的幅度正比于兩個信號的時間差。由于時幅轉(zhuǎn)換器本身有一定的“死時間”；當小于此時間時，不能得到線性轉(zhuǎn)換。因此，為了保證時間差信號都能得到線性轉(zhuǎn)換，終止信號在輸入到時間幅度轉(zhuǎn)換器前先通過一延時器，其延遲時間可以按需要進行調(diào)節(jié)。由時間分析器輸出的信號可直接送入微機多道分析器（接在ADCIN上），由后者經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后按時間差存貯在相應(yīng)道址的存貯器中。利用延時器還能對時間譜儀進行時間標定。（4）多道分析器將輸入脈沖按不同幅度分類計數(shù)，即不同幅度的脈沖計入不同的道址中。在多道分析器中道址與時間或能量（在本實驗中

7、為時間）相對應(yīng)作為橫坐標，而每道中的計數(shù)（即記錄到的一定壽命的湮沒事件的發(fā)生次數(shù)）作為縱坐標。這樣就可以得到一個正電子湮沒壽命譜。3、實驗步驟（1）延時調(diào)節(jié)：先按右圖接好電路，調(diào)節(jié)延時旋鈕，記錄示波器中方波位置以及相同時間內(nèi)MCA的計數(shù)。作出二者的關(guān)系曲線，確定計數(shù)最大時的方波位置。（2）能窗調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)延時旋鈕是方波位于（1）中確定的的位置。調(diào)節(jié)CFD的上下閾值旋鈕，確定分別記錄1.28MeV和0.511MeV的γ光子所對應(yīng)的能窗。（3）顯示壽命譜：將實驗電路按照實驗儀器中的圖接好，此時在MCA上記錄到的便是正電子的壽

8、命譜。（4）道寬測量：通過延時調(diào)節(jié)，觀測峰的位移，可計算每條道相當于多少時間。從而可得到正電子的壽命?！緦嶒灲Y(jié)果】1、延時調(diào)節(jié)部分方波前沿刻度總計數(shù)時間/s平均每秒計數(shù)045425.301812400125.6493624117425.20163434089824.72165441504925.24596擬合曲線如下圖所示：可見，