[发明专利]一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命谱仪

说明书

本发明提出一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命谱仪，包括反符合模块、伽马探测器、采集模块和数据处理模块，所述反符合模块、伽马探测器分别与采集模块相连，所述采集模块连接到数据处理模块；所述的伽马探测器由闪烁体和光电倍增器件组成；所述的反符合模块包括两片薄塑料闪烁体、光电倍增器件、待测薄膜样品和放射源；其中，两片薄塑料闪烁体将待测薄膜样品和放射源夹在中间。

技术领域

本发明涉及核技术领域，特别涉及正电子湮没寿命领域，是一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命谱仪。

背景技术

正电子湮没谱学广泛应用在材料科学方面的研究。正电子经过慢化等过程后与样品内电子发生湮没。湮没产生的伽马光子可以反映材料内部的电子密度等信息。正电子容易被材料内部的缺陷捕获，因此是目前最敏感的材料缺陷探针。正电子的湮没寿命可以反映出湮没位置的电子浓度，进一步可获取相应的结构信息。正电子寿命谱学作为一种无损且敏感的材料缺陷表征手段，在材料科学领域有着独有的优势。

常规的正电子寿命谱仪由闪烁体、光电倍增管(PMT)、高压、恒比定时甄别器(CFDD)、延时器、时幅转换器(TAC)、多道分析器(MCA)、以及计算机组成。常规的寿命谱仪使用两个闪烁探测器(由闪烁体和光电倍增管组成)分别作为起始探测器与终止探测器测量起始信号与终止信号。信号经过恒比定时甄别器幅度甄别与定时后转化为时间信号，两时间信号的时间差经时幅转换器转换为幅度与时间线性相关的脉冲信号，经多道分析器采集传输至计算机分析即可获得最终的正电子湮没寿命谱。

常规正电子湮没寿命谱仪利用²²Na作为正电子源，产生的正电子能量为连续分布，在材料内部有着毫米级的射程，因此无法测量厚度微米量级及以下的薄膜样品。

可以测量薄膜样品正电子湮没寿命的是脉冲型慢正电子束，通过控制束团能量，控制正电子在样品内的入射深度，实现薄膜样品的正电子寿命测量。脉冲型慢正电子束时间性能受限于脉冲宽度，很难达到常规谱仪的测量精度。脉冲型慢正电子束搭建困难，成本高昂，目前国际上可用的脉冲型慢正电子束十分稀少。

发明内容

本发明的目的是搭建一种成本较低，且可用于测量微米级薄膜样品的正电子湮没寿命谱仪。为了实现薄膜样品的正电子湮没寿命测量，需确保正电子在样品内湮没。由于无法控制放射源正电子出射能量及出射方向，可以通过测量正电子湮没位置，排除不在样品内部湮没的事例。

本发明的技术方案为：一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命谱仪，包括反符合模块、伽马探测器、采集模块和数据处理模块，所述反符合模块、伽马探测器分别与采集模块相连，所述采集模块连接到数据处理模块；

所述的反符合模块包括两片薄塑料闪烁体、光电倍增器件、待测薄膜样品和放射源；

其中，两片薄塑料闪烁体将待测薄膜样品和放射源夹在中间。

进一步的，所述反符合模块的光电倍增器件是一个或者两个；如果是两个，则分别位于两片薄塑料闪烁体的两侧；如果是一个，则位于两片薄塑料闪烁体的一侧，且在两片薄塑料闪烁体中远离光电倍增器件的一个薄塑料闪烁体上设置一层反射材料。

进一步的，所述伽马探测器包括闪烁体以及与之耦合的光电倍增器件，闪烁体可以选用溴化镧晶体、氟化钡晶体、硅酸钇镥晶体和塑料闪烁体等，用来探测放射源衰变产生的1.275MeV的伽马光子和正电子湮没产生的0.511MeV的伽马光子，两路伽马探测器测量的时间差的统计分布即为正电子湮没寿命谱；中间路为反符合模块，用于判断正电子是否湮没在样品中。

进一步的，所述采集模块负责采集探测器脉冲数据，传输至计算机数据处理模块处理分析；当两路伽马探测器分别测量到放射源衰变产生的1.275MeV的伽马光子和正电子湮没产生的0.511MeV的伽马光子时，计算两者间的时间差，并根据反符合模块的信号决定事例的去留，时间差统计得到最终的正电子湮没寿命谱。

有益效果：