[发明专利]一种低本底多普勒展宽深度分布测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于核技术应用领域，尤其涉及一种低本底多普勒展宽深度分布测量系统及测量方法。

背景技术

正电子湮没技术(Positron 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。

正电子是电子的反粒子，除所带电荷与电子相等，符号相反外，其他特性均与电子相同。正电子进入物质后遇到电子会发生湮没，同时放出两个或三个伽马光子。常用正电子源通常是贝塔衰变的放射性同位素，如²²Na、⁶⁸Ge等。从放射源发射的正电子进入固体材料后，首先将在约3ps内通过与物质中原子的各种飞弹性散射作用(如电子电离、等离子激发、正电子-电子碰撞、正电子-声子相互作用等元激发过程)迅速损失能量并慢化至热能(～0.025eV)。正电子在固体中的注入深度有一个分布，实验得到的经验公式为p(x)＝αexp(-αx)，正电子射程式中ρ为固体的密度，E_max为入射正电子最大能量。对于²²Na放射源，E_max＝0.545MeV，正电子在固体中的注入深度一般不超过1mm。对于⁶⁸Ge放射源，E_max＝1.90MeV，正电子在固体中的注入深度一般不超过5mm。正电子在固体中发生湮没时，主要是发射两个光子，方向几乎相反。由于正电子-电子对具有动量，它会引起湮没辐射能量的多普勒移动，反映了物质中的动量密度分布。

多普勒展宽测量是比较常见的一种正电子湮没实验手段，即测量正电子在固体中湮没辐射的γ光子的能谱。我们常用线性参数法来分析多普勒展宽谱的变化，常用的有S参数和W参数。S参数反映低动量电子即价电子或者传导电子的动量信息，而W参数反映了高动量电子即芯电子的动量信息。单探头多普勒展宽测量使用一个高能量分辨率的高纯锗探测器，所测得的谱一般具有很高的本底。其峰计数与高能端本底之比高达150:1，在低能端的本底更高。多普勒展宽的细微变化通常被过高的本底所掩盖，很难研究核芯电子的动量分布。因此发展了双探头多普勒展宽技术，使用两个高纯锗探测器呈180度反向放置，可以将峰对本底之比提高2到3个数量级，并且提高了能量分辨率，可以用来鉴别元素，但是计数率较低，测量时间较长。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种实现待测样品的多普勒展宽深度分布测量自动控制，且增加了符合系统的低本底多普勒展宽深度分布测量系统。获取待测样品中不同深度的低本底的正电子湮没的多普勒展宽能谱，利用多普勒参数研究物质内部缺陷的深度分布信息。

本发明的另一目的是提供一种低本底多普勒展宽深度分布测量系统的测量方法。

为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案是：一种低本底多普勒展宽深度分布测量系统，包括放置在水平电动平台上的参考样品、放射源和待测样品；碘化钠探测器、第一放大器、第一单道分析器，高纯锗探测器、第二放大器、第二单道分析器、前置放大器、第三放大器、模数转换器、多道分析器、计算机；还包括符合器和W-Cu准直器；

碘化钠探测器位于待测样品的一侧，与第一放大器和第一单道分析器相连；用于接收正电子在待测样品中湮灭产生的γ光子，产生脉冲信号I，输出到第一放大器；第一放大器将接收到的脉冲信号I放大后，输出到所述第一单道分析器；

第一单道分析器与符合器相连，第一单道分析器将接收到的脉冲信号I进行能量选择后输出到符合器；

W-Cu准直器位于待测样品的另一侧；高纯锗探测器位于W-Cu准直器的后方，分别与第二放大器和前置放大器相连，用于接收从狭缝里射出的γ光子，产生相应脉冲信号II，分别输出到前置放大器和第二放大器；

第二放大器与第二单道分析器相连，第二放大器将接收到的脉冲信号II放大后，输出到第二单道分析器；

前置放大器依次与第三放大器和模数转换器相连，脉冲信号II依次通过前置放大器和第三放大器放大后，输出到模数转换器；

第二单道分析器与符合器相连，第二单道分析器将接收到的脉冲信号II进行能量选择后，输出到符合器；