实验原理教案.docx

1. 实验原理理论上，正负电子湮没对在湮没前的动量为零，那么2γ湮没放出的两个光子沿相反方向出射，夹角为180度而实际上，正负电子对在湮没前动量不为零（束缚电子具有动能），因此两个γ光子的夹角不等于180度图1 湮没过程动量守恒示意图如图1所示，湮没对在湮没前的动量为P，其在垂直于入射方向的横向分量为PT，在沿入射方向的分量为PL根据湮没前后动量守恒和能量守恒定律可有：， （1） ， （2） ， （3）式中，c为光速，m0为电子质量，解得γ光子的能量分别为：， （4）， （5）由于存在纵向动量分量，因此湮没光子会以511keV发生多普勒能移，能移宽度 在湮没前，正电子通过热化将能量降至热能（0.025eV）以下，而电子的能量却有数个eV之多因此，电子的动量不能忽略因电子存在动量而造成的多普勒展宽反映了电子的动量分布状况2. 实验技术2.1 多普勒展宽谱仪（DBS）图2 DBS结构示意图图2为多普勒展宽谱仪的结构图。

探头为高纯锗（HpGe）探头，在使用时需液氮冷却（不用时可以常温放置）探头测到的信号经由前放和主放放大，然后输入多道内进行统计图3 多普勒展宽谱CDB一般采用参数分析法，常用的有S参数和W参数图2的探测系统测出图3所示的谱后，先求出阴影A、B1和B2的面积以及总面积△那么可有， ， （6） （7）S参数反映了低动量电子（价电子或传导电子）的动量信息，W参数反映了高动量电子（芯电子）的动量信息当正电子被缺陷态捕获时，因其与芯电子湮没率减小而导致W参数降低，S参数增加，体现在谱形上时谱会变高变瘦因此通过测量S或W参数的变化，我们可以得到样品电子动量分布的变化信息，进而分析样品的缺陷变化2.2 符合多普勒展宽谱仪（CDBS）DBS只有一个HpGe探头，测得的谱的本底很高，其峰计数与高能端本底计数之比为150：1，低能端的本底计数更高因此，多普勒展宽谱的细微变化容易被掩盖，尤其是与芯电子有关的部分早期Lynn等利用一个Ge(Li)探头和一个NaI（Tl）探头呈180度反向排列，通过符合方法将峰本比提高了近30倍，即4500:1图4 符合多普勒展宽谱仪结构示意图图4为符合多普勒展宽谱仪结构图。

两个γ光子分别被两个HpGe探头探测到，然后经过放大电路进行放大，之后由符合电路进行符合形成一个开门信号如果两个γ由同一次湮没产生，那么符合电路开门，使能量信号进入多道中图5 Zn掺杂的GaAs的CDBS谱（Gebauer and Krause-Rehberg 1998） 左图：符合湮没事件的二维图，横轴和纵轴均为γ射线能量；右图：单探头和双探头时的峰本比 图5是CDBS测量材料的实例实验用到的探测器为HpGe和NaI(Tl)探头将左图数据沿x方向或者y方向投影就可得到符合后单个探头测得的谱其本底水平接近HpGe和NaI(Tl)探测器符合得到的谱因此，必须利用其它条件降低本底降低本底的方法可参考王少阶的《应用正电子》经过处理后的谱为图5的右图谱形基本左右对称，峰本比达到了105以上。