[發明專利]一種低本底多普勒展寬深度分布測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201710025864.2
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106814094B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 姚春龍;吳奕初;石見見;朱喆劼;楊薇;王佳恒;徐雪慧
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N23/22
• 分類號: G01N23/22
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

技術領域

本發明屬于核技術應用領域，尤其涉及一種低本底多普勒展寬深度分布測量系統及測量方法。

背景技術

正電子湮沒技術(Positron Annihilation Technique，PAT)，是一項較新的核物理技術，它利用正電子在凝聚物質中的湮沒輻射帶出物質內部的微觀結構、電子動量分布及缺陷狀態等信息，從而提供一種非破壞性的研究手段而備受人們青睞。現在正電子湮沒技術已經進入固體物理、半導體物理、金屬物理、原子物理、表面物理、超導物理、生物學、化學和醫學諸多領域。特別是材料科學研究中，正電子對微觀缺陷研究和相變研究正發揮著日益重大的作用。

正電子是電子的反粒子，除所帶電荷與電子相等，符號相反外，其他特性均與電子相同。正電子進入物質后遇到電子會發生湮沒，同時放出兩個或三個伽馬光子。常用正電子源通常是貝塔衰變的放射性同位素，如²²Na、⁶⁸Ge等。從放射源發射的正電子進入固體材料后，首先將在約3ps內通過與物質中原子的各種飛彈性散射作用(如電子電離、等離子激發、正電子-電子碰撞、正電子-聲子相互作用等元激發過程)迅速損失能量并慢化至熱能(～0.025eV)。正電子在固體中的注入深度有一個分布，實驗得到的經驗公式為p(x)＝αexp(-αx)，正電子射程式中ρ為固體的密度，E_max為入射正電子最大能量。對于²²Na放射源，E_max＝0.545MeV，正電子在固體中的注入深度一般不超過1mm。對于⁶⁸Ge放射源，E_max＝1.90MeV，正電子在固體中的注入深度一般不超過5mm。正電子在固體中發生湮沒時，主要是發射兩個光子，方向幾乎相反。由于正電子-電子對具有動量，它會引起湮沒輻射能量的多普勒移動，反映了物質中的動量密度分布。

多普勒展寬測量是比較常見的一種正電子湮沒實驗手段，即測量正電子在固體中湮沒輻射的γ光子的能譜。我們常用線性參數法來分析多普勒展寬譜的變化，常用的有S參數和W參數。S參數反映低動量電子即價電子或者傳導電子的動量信息，而W參數反映了高動量電子即芯電子的動量信息。單探頭多普勒展寬測量使用一個高能量分辨率的高純鍺探測器，所測得的譜一般具有很高的本底。其峰計數與高能端本底之比高達150:1，在低能端的本底更高。多普勒展寬的細微變化通常被過高的本底所掩蓋，很難研究核芯電子的動量分布。因此發展了雙探頭多普勒展寬技術，使用兩個高純鍺探測器呈180度反向放置，可以將峰對本底之比提高2到3個數量級，并且提高了能量分辨率，可以用來鑒別元素，但是計數率較低，測量時間較長。

發明內容

本發明的第一個目的是提供一種實現待測樣品的多普勒展寬深度分布測量自動控制，且增加了符合系統的低本底多普勒展寬深度分布測量系統。獲取待測樣品中不同深度的低本底的正電子湮沒的多普勒展寬能譜，利用多普勒參數研究物質內部缺陷的深度分布信息。

本發明的另一目的是提供一種低本底多普勒展寬深度分布測量系統的測量方法。

為實現上述第一個目的，本發明采用的技術方案是：一種低本底多普勒展寬深度分布測量系統，包括放置在水平電動平臺上的參考樣品、放射源和待測樣品；碘化鈉探測器、第一放大器、第一單道分析器，高純鍺探測器、第二放大器、第二單道分析器、前置放大器、第三放大器、模數轉換器、多道分析器、計算機；還包括符合器和W-Cu準直器；

碘化鈉探測器位于待測樣品的一側，與第一放大器和第一單道分析器相連；用于接收正電子在待測樣品中湮滅產生的γ光子，產生脈沖信號I，輸出到第一放大器；第一放大器將接收到的脈沖信號I放大后，輸出到所述第一單道分析器；

第一單道分析器與符合器相連，第一單道分析器將接收到的脈沖信號I進行能量選擇后輸出到符合器；

W-Cu準直器位于待測樣品的另一側；高純鍺探測器位于W-Cu準直器的后方，分別與第二放大器和前置放大器相連，用于接收從狹縫里射出的γ光子，產生相應脈沖信號II，分別輸出到前置放大器和第二放大器；

第二放大器與第二單道分析器相連，第二放大器將接收到的脈沖信號II放大后，輸出到第二單道分析器；

前置放大器依次與第三放大器和模數轉換器相連，脈沖信號II依次通過前置放大器和第三放大器放大后，輸出到模數轉換器；

第二單道分析器與符合器相連，第二單道分析器將接收到的脈沖信號II進行能量選擇后，輸出到符合器；