正電子湮沒譜學

　　一種研究物質微觀結構的方法。正電子是電子的反粒子，兩者除電荷符號相反外，其他性質（靜止品質、電荷的電量、自旋）都相同。正電子進入物質在短時間內迅速慢化到熱能區，同周圍媒質中的電子相遇而湮沒，全部品質(對應的能量為2m_eс²)轉變成電磁輻射──湮沒γ光子（見電子對湮沒）。50年代以來對低能正電子同物物質相互作用的研究，表明正電子湮沒特性同媒質中正電子-電子系統的狀態、媒質的電子密度和電子動量有密切關系。隨著亞納秒核電子學技術、高分辨率角關聯測量技術以及高能量分辨率半導體探測器的發展，可以對正電子的湮沒特性進行精細的測量，從而使正電子湮沒方法的研究和應用得到迅速發展。現在，正電子湮沒譜學已成為一種研究物質微觀結構的新手段。

　　實驗測量方法主要有正電子壽命測量、湮沒γ角關聯測量和湮沒譜線多普勒增寬測量三類。

　　正電子壽命譜方法　通常用²²Na作正電子源，源強為幾微居裡到幾十微居裡。測量設備類似核能譜學中常用的符合系統，稱之為正電子壽命譜儀（見彩圖），圖1是快-快符合系統方框圖。譜儀時間分辨率一般為3×10^-10s左右，最好的已達1.7×10^-10s。

正電子壽命譜儀

　　²²Na放射的正電子入射到測試樣品中，同其中的電子發生湮沒，放出γ射線。用1.27MeV的γ光子標志正電子的產生，並作為起始信號，511keV的湮沒輻射γ光子標志正電子的“死亡”，並作為終止信號。兩個信號之間的時間就是正電子的壽命。在凝聚態物體中，自由正電子湮沒的平均壽命在(1～5)×10^-10s范圍內。

　　雙γ角關聯方法　圖2是一維長狹縫角關聯測量系統示意圖。正電子源通常為⁶⁴Cu、²² Na、

Co，測量時相對於固定探頭以 z方向為軸轉動另一探頭，測出符合計數率隨角度的分佈，就可以得到電子在某個方向上的動量分佈。該方法要求高精度的機械設備和強源(幾十毫居裡的點源)，典型的角分辨率為0.5mrad。有些工作采用多探測器系統可作兩維動量分佈的測量。

　　測量多普勒增寬譜　使用高能量分辨率Ge(Li)或高純鍺半導體探測器，測量湮沒輻射的能譜。能量分辨率可達1keV（對⁸⁵ Sr，514keV的γ射線）左右。這種方法的優點是隻需用幾微居裡的弱源，獲取數據快，適用於動態研究。缺點是獲取的數據粗糙，對湮沒電子動量的分辨不如角關聯實驗好，典型情況下差四倍。

　　正電子湮沒技術可用來研究物質微觀結構及其變化。在固體物理中應用最廣泛。可用來研究晶體缺陷（空位、位錯和輻照損傷等），固體中的相變，金屬有序－無序相變等。

　　在無損檢驗中可用來探測機械部件(如輪機葉片、飛機起落裝置)的疲勞損傷，可在小裂縫出現之前作出預報。在化學中可用於研究有機化合物的化學反應，鑒定有機物結構中的碳正離子，研究聚合物的微觀結構等。在生物學中，研究生物大分子在溶液中的結構。醫學上，用正電子發射斷層掃描儀，可得到人的心臟、腦和其他器官的斷面圖像，研究它們的新陳代謝過程，作出疾病的早期診斷及腫瘤的早期發現。（見彩圖）

人腦在抑制、運動興奮、閱讀和聽音樂等狀態時內部構造的正電子湮沒圖

　　電子偶素作為惟一的輕子體系，是驗證量子電動力學的一個理想的體系。