正電子壽命皮秒定時系統(tǒng)

正電子湮滅壽命譜（PALS）
正電子的存在首先由Dirac提出，在20世紀(jì)30年代通過實驗得到證實。正電子是電子的反粒子。正電子與電子的碰撞將導(dǎo)致兩個粒子湮滅和發(fā)射兩個特征511-keV伽馬射線。

這種現(xiàn)象有助于測試量子理論關(guān)于電子和正電子與物質(zhì)相互作用之間差異的預(yù)測。此外，正電子已被證明是研究各種結(jié)構(gòu)和過程的有用工具。正電子的壽命可用來測量湮滅點處的局部電子密度。借助于發(fā)射的伽馬射線可以輕松檢測湮滅。正電子壽命技術(shù)是對單原子尺度空洞敏感的少有的幾種方法之一。

自20世紀(jì)70年代初以來，ORTEC一直為精英級正電子物理學(xué)家和化學(xué)家提供模塊化儀器，任何正電子學(xué)術(shù)論文都可以證明這一點。正電子源的可用性激發(fā)了教學(xué)或研究實驗室對正電子壽命系統(tǒng)的興趣。

ORTEC通過提供完整的PLS-System型號簡化了測試過程。

優(yōu)點

• 經(jīng)過全面測試和集成的“交鑰匙”系統(tǒng)... 您只需要一個正電子源。
• 一整套帶標(biāo)簽的電纜和連接器。
• 兩個905-21型探測器組件。
• 有關(guān)測試過程和結(jié)果的文檔。

PLS-System包括

• 2個905-21型探測器組件。
• 2個583B型恒定分?jǐn)?shù)鑒別器。
• 2個556型高壓電源。
• 1個414A型快速符合。
• 1個567型時間幅度轉(zhuǎn)換器/單通道分析儀。
• 1個928-MCB型多通道分析儀，帶MAESTRO軟件。
• 1個DB463型延遲盒。
• 1個4001A/4002D型NIM機(jī)箱和電源。
• 1個113型前置放大器。
• 1個575A型光譜放大器。
• 1臺個人電腦。
• 1套帶標(biāo)簽的電纜和連接器。
• 1個規(guī)程與工廠測試文檔。

該系統(tǒng)的保證時間分辨率為200皮秒（通常測量小于180皮秒），使用Co-60源在窄能量窗口進(jìn)行測量。（此系統(tǒng)不含源。）

PALS：達(dá)到納米級。
軟凝聚物質(zhì)最重要的一個結(jié)構(gòu)問題是由于不規(guī)則堆積、密度波動和拓?fù)浼s束而在分子之間存在未占據(jù)或自由體積。自由體積被認(rèn)為是能夠進(jìn)行分子重組的體積分?jǐn)?shù)，并且在確定系統(tǒng)的物理和機(jī)械性質(zhì)方面具有重要意義。

PALS是一種成熟、和多功能的技術(shù)，可以直接測量這些亞納米級分子自由體積。PALS實驗將正電子注入到被測材料中然后測量它與材料的一種產(chǎn)生伽馬射線的電子一起湮滅之前的時間長度。

當(dāng)正電子進(jìn)入分子材料時，它會熱化，之后它可以作為自由粒子在材料中擴(kuò)散或捕獲電子以形成正電子原子（Ps）。Ps是電子-正電子束縛態(tài)，它具有兩個自旋態(tài)：仲電子偶素（p-Ps，自旋角動量為零的單重態(tài)）和正電子偶素（o-Ps，單位自旋角動量的三重態(tài)））。在PALS實驗中，我們主要對o-Ps狀態(tài)感興趣，因為它的壽命依賴于環(huán)境。在分子材料中，o-Ps一旦形成，就會在分子自由體積中定位，并在整個生命周期內(nèi)保持不變。由于o-Ps與其所在的洞“壁”碰撞，o-Ps的正電子可以與相反自旋的電子一起湮滅。因此，o-Ps壽命提供了與材料中的平均自由孔體積大小有關(guān)的信息。此外，PALS可以在很寬的溫度范圍內(nèi)探測分子自由體積的大小，從而可以識別分子材料中發(fā)生的重要相變。

鳴謝：英國布里斯托爾大學(xué)物理系
M Roussenova博士。