正電子湮沒技術

　　利用正電子作為探針研究物質微觀結構的技術。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、電荷量、自旋）都相同。正電子進入物質後在短時間內迅速慢化到熱能區，同周圍介質中的電子相遇後一起湮沒而放出光子，這種光子稱為湮沒輻射。

　　原理　正電子湮沒主要有三種方式：自由湮沒、生成電子偶素後湮沒、參與化學反應。自由湮沒是指正正電子慢化後以自由態與電子發生湮沒，在彼此相反的方向放出二個能量為0.511兆電子伏的光子，有1/372的概率放出三個光子，極小的概率放出一個或四個光子。正電子湮沒的概率常用正電子湮沒壽命τ來表征。它與正電子所處介質的電子密度、電子動量及其電子系統狀態有關，這就是利用正電子作為探針研究物質微觀結構的基本依據。

　　方法　正電子湮沒技術的實驗方法主要有三種：正電子壽命測量、湮沒輻射角關聯測量和湮沒譜線多普勒加寬測量。

　　①正電子壽命譜測量。正電子源通常用²²Na，測量儀器為壽命譜儀（見圖），譜儀的時間分辨率在10^－10秒量級。當²²Na發射出的正電子進入待測樣品時，與其中的電子發生湮沒作用，放出湮沒輻射。用²²Na的1.27兆電子伏的γ光子作為正電子產生的起始信號，而湮沒輻射0.511兆電子伏的光子作為正電子淹沒的結束信號，兩個信號之間的時間差就是正電子的壽命。在凝聚態物質中，自由正電子湮沒的平均壽命在(1～5)×10^－10秒范圍內。

正電子壽命譜儀示意圖

　　②角關聯測量。系測量正電子湮沒過程中不同方向處的動量分佈。正電子源常用⁶⁴Cu、²²Na或⁵⁸Co，源強約為幾十毫居裡以上。角關聯測量譜儀的精度要高，典型的角分辨率為0.5毫弧度。常用的角關聯測量譜儀有一維或兩維兩種。

　　③多普勒加寬測量。利用能量分辨率高的高純鍺半導體探測器，測量正電子湮沒輻射的能譜。該方法的優點是隻需用弱的正電子源（約幾個微居裡），獲取數據快，適用於動態研究。缺點是數據粗糙，對湮沒電子動量的分辨比角關聯方法差。

　　應用　主要應用於物質微觀結構及其變化的研究。固體物理中可用於研究晶體缺陷（空位、位錯、輻射損傷等）、固體中的相變、金屬有序–無序相變。無損檢測中可用來探測機械部件的疲勞損傷。化學中可用於研究高分子聚合物的微觀結構、研究快速化學反應等。生物學中可用來研究生物大分子在溶液中的活性和結構。醫學中已用正電子發射斷層掃描儀診斷腫瘤、心血管疾病、腦功能等。電子偶素作為唯一的輕子體系，是驗證量子電動力學的理想體系。隨著亞納秒核電子學技術、高分辨角關聯測量技術以及低能正電子湮沒技術等的發展，現已實現對正電子湮沒特性進行精細的測量，從而使正電子湮沒技術的應用得到瞭迅速的推廣。