中国科学技术大学：《正电子物理》课程教学讲稿（正电子在材料科学中的应用）02 正电子概况（2/2）

正电子概况Ⅱ 叶邦角 中图科学技木大学埋学院

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四、正电子束流 1.正电子慢化技术 2.基于放射源的慢正电子束流 3.基于线性加速器的正电子束流 4.脉冲正电子束 5.极化正电子束 6.正电子微束

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1.正电子慢化技术 通常人们容易想到的第一个方法是和加速器提 高能量相反的方法，即利用电场、磁场降速，减速固 然是可以的，但由于e+初始能量非单一，会顾此失 彼，一些e+甚至会反向运动. 第二个方法是用能量分析器筛选出某一窄宽度 (如leV)的特定能量的e+,但涉及到效率问题，如果 从0一l0eV平均分布的e+群中选出宽度为1eV的 e+,很可能效率只有10-6

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第三个方法，也是真正实用的方法，是在仔细研 究了e+和固体相互作用之后提出的.实验证明，能 量比较高的e+从外部注入固体，e+在固体中经过慢 化，把能量降低为kT量级（室温时只有0.025eV). 当e+扩散到固体表面时，由于负功函数的影响，e+ 有可能自动从表面逸出，并从固体中吸收一些能量， 成为eV量级的慢e+,而且能量范围也很窄.这是 Madanski和Rasetti于1950年首先提出的设想[6].把 慢e+收集起来，形成慢e+束，再用电磁场聚焦和加 速到所需的能量（如0一50keV范围），这时e+会打 入样品中不同的深度，并在不同的深度湮没(0至几 十m),可以研究样品中某些物理性质随深度的变 化，这就是慢e+方法，其中把快e+变为慢e+的固体 称为慢化体

Afber moceration Na omlsslon spectrum 10 10110°101o2102161d10 Pasltron energy [ev]

慢化技术 W(110)single crystal foil (negative workfunction) 2μm fraction annihilation≈l3% thermalization diffusion monoenergetic ≈0.05% fast et e positrons uo.nisod E3 eV fast positrons≈87% up to several 100 keV moderation efficiency:10-4

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e source EExB flter collimator accelerator sample B moderator 0.5m UE-B magnetic UHV=0...50 kV guidance field penetration depth

1+1t0 e ORTEC 120820011039 中国科学技术大学核固体物理实验室 慢正电子束装置

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这种慢化e+的方法效率会有多高？Madanski 等进行了理论估计：如果e+注入深度为l0-2cm,假 设只有离表面一个e+扩散长度（通常估计为10A 即l05cm)的e+才有可能逸出（太深的e+来不及 扩散到表面就湮没了)，这样出射e+和入射e+的比 率等于扩散长度与注入深度之比(105/10-2)，估计 效率的理论值大约为103

Cherry在1958年在一个铬板表面实现，慢化 效率仅为3×108，由于其论文未正式发表，故没有 引起人们的注意。 1968年Groce等人成功地利用LNAC产生了 每秒几个慢正电子束流，使用金-云母慢化体 其慢化效率为106，并用该束首次测量了正电子与 氦原子的总散射截面

Cherry೼1958ᑈ೼ϔϾ䫀ᵓ㸼䴶ᅲ⦄ˈ᜶࣪ ᬜ⥛ҙЎ3×10-8, ⬅Ѣ݊䆎᭛᳾ℷᓣথ㸼ˈᬙ≵᳝ ᓩ䍋ҎӀⱘ⊼ᛣDŽ 1968ᑈGroceㄝҎ៤ࡳഄ߽ ⫼LINACѻ⫳њ ↣⾦޴Ͼ᜶ℷ⬉ᄤᴳ⌕ ˈՓ⫼䞥-ѥ↡᜶࣪ˈ ԧ ݊᜶࣪ᬜ⥛Ў10-6, ᑊ⫼䆹ᴳ佪⃵⌟䞣њℷ⬉ᄤϢ ⇺ॳᄤⱘᘏᬷᇘ៾䴶DŽ