CN102967874A - 一种正电子湮没角关联谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种正电子湮没角关联谱仪，包括放射源、第一探测器模块和第二探测器模块、符合单元和数据处理单元，其中所述放射源产生的正电子入射到样品中慢化、扩散并最终湮没产生两个γ射线，产生的γ射线分别进入两个探测器；所述第一探测器模块和第二探测器模块为固定位置探测器，且第一探测器模块的闪烁体为整块晶体，第二探测器模块的闪烁体由沿狭缝方向线性排列的多个晶体条组成，不同晶体条对应不同的夹角θ。通过该正电子湮没角关联谱仪就能够避免角度扫描，直接得到一维角关联谱，从而可以单次对所有角度进行测量，减少测试时间，有效提高计数率，提高系统测试性能。

Description

一种正电子湮没角关联谱仪

技术领域

本发明涉及核应用技术领域，尤其涉及一种正电子湮没角关联谱仪。

背景技术

正电子湮没谱仪是无损探测金属、半导体、高温超导体、高聚物等材料中微观结构缺陷、电荷密度、电子动量密度等的灵敏工具，其中湮没动量是正电子湮没谱仪中的重要表征参数之一。入射到材料中的正电子与电子发生湮没，根据能量和动量守恒，正电子湮没后产生的两个方向相反的γ射线除产生多普勒效应外，会与180°共直线产生一定的夹角θ，因而正电子湮没动量信息可以通过多普勒展宽能谱和测量偏角θ来获得。

现有技术中，一维角关联装置就在不同的θ偏角下测量符合γ计数的装置，如图1所示为现有技术中角关联装置的结构示意图。图1中：以样品2为轴心，两侧各放置一个由闪烁体和光电倍增管组成的探测器101，在探测器的前部各放置一个长而窄的铅准直器102，γ射线可以通过准直器中的狭缝达到探测器。单道分析器105调到对应于0.511MeVγ光子的状态，符合电路106的作用是两个探测器只有在测到同一个湮没对放出的两个0.511MeV的γ光子时使计数器107计数。固定探头模块103固定不动，可动探头模块104中的探测器连同前端的准直器由转臂带动绕样品2转动，并在不同的θ角下停留并记录符合计数。

但上述现有技术的结构中，为了提高角度分辨率，探测器距离样品通常较远，长准直狭缝又造成大量的计数损失，因而要求放射源的活度较大，且逐个角度测量使得单个样品的测试时间较长，进一步增加了系统的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种正电子湮没角关联谱仪，能够避免角度扫描，直接得到一维角关联谱，从而可以单次对所有角度进行测量，减少测试时间，有效提高计数率，提高系统测试性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种正电子湮没角关联谱仪，包括放射源、第一探测器模块和第二探测器模块、符合单元和数据处理单元，其中：

所述放射源产生的正电子入射到样品中慢化、扩散并最终湮没产生两个γ射线，产生的γ射线分别进入两个探测器；

所述第一探测器模块和第二探测器模块为固定位置探测器，且第一探测器模块的闪烁体为整块晶体，第二探测器模块的闪烁体由沿狭缝方向线性排列的多个晶体条组成，不同晶体条对应不同的夹角θ；

所述符合单元对所述第一探测器模块和第二探测器模块的输出信号做时间符合，判定两者所提供的输出信号是否为同一个湮没对放出的两个0.511MeV的γ射线的信号；

所述数据处理单元对所述符合单元判定通过的信号做数据处理以计算夹角θ，并计数以进一步生成角关联谱。

所述第二探测器模块中的光学组件对每一个晶体条中产生的闪烁光分别进行调制，并将调制后的闪烁光按照顺序沿狭缝的方向进行排列。

所述第二探测器模块的狭缝与所述第一探测器模块的狭缝方向垂直。

所述第二探测器模块的多个晶体条之间包含反射层隔离，用于将不同晶体条产生的闪烁光进行隔离。

所述放射源放置于U型结构的屏蔽体中。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所述正电子湮没角关联谱仪包括放射源、第一探测器模块和第二探测器模块、符合单元和数据处理单元，其中所述放射源产生的正电子入射到样品中慢化、扩散并最终湮没产生两个γ射线，产生的γ射线分别进入两个探测器；所述第一探测器模块和第二探测器模块为固定位置探测器，且第一探测器模块的闪烁体为整块晶体，第二探测器模块的闪烁体由沿狭缝方向线性排列的多个晶体条组成，不同晶体条对应不同的夹角θ。通过该正电子湮没角关联谱仪就能够避免角度扫描，直接得到一维角关联谱，从而可以单次对所有角度进行测量，减少测试时间，有效提高计数率，提高系统测试性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为现有技术中角关联装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供正电子湮没角关联谱仪的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供第一探测器模块2的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供两种探测器模块闪烁体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图2所示为本发明实施例所提供正电子湮没角关联谱仪的结构示意图，图2中包括放射源1、第一探测器模块2和第二探测器模块3、符合单元4和数据处理单元5，其中：

所述放射源1产生的正电子入射到样品中慢化、扩散并最终湮没产生两个γ射线，产生的γ射线分别进入两个探测器2和3；具体实现中，²²Na是正电子湮没谱仪中最常用的放射源之一，为了对放射源1进行屏蔽，并对正电子的出射方向进行限制，放射源1还可以放置于U型结构的屏蔽体中。

所述第一探测器模块2和第二探测器模块3为固定位置探测器，且第一探测器模块2的闪烁体为整块晶体，第二探测器模块3的闪烁体由沿狭缝方向线性排列的多个晶体条组成，不同晶体条对应不同的夹角θ，如图4所示为本发明实施例所提供两种探测器模块闪烁体结构示意图，图4中的401为第一探测器模块2的闪烁体结构示意图，为一整块晶体；402为第二探测器模块3的闪烁体结构示意图，由线性排列的多个晶体条组成。

按照上述结构，本发明实施例中角关联谱仪的角度分辨率由第二探测器模块3到样品的距离和晶体条沿狭缝方向的尺寸来决定。

符合单元4对所述第一探测器模块2和第二探测器模块3的输出信号做时间符合，用来判定两者所提供的输出信号是否为同一个湮没对放出的两个0.511MeV的γ射线的信号。

在具体实现中，在同一高频电场周期内（从最高值到最低值或者相反），所述第一探测器模块2和第二探测器模块3分别输出二维图像信号，该二维图像信号中与偏转电场方向平行的一维包含了γ射线的时间信息，如果两幅图像在该方向上的信号位置相同则判定为时间符合，并将信号进一步送至所述数据处理单元5中。

数据处理单元5对所述符合单元4判定通过的信号做数据处理以计算夹角θ，并计数以进一步生成角关联谱。

在具体实现中，第二探测器模块3输出的二维图像信号中与偏转电场方向垂直的一维包含了光电子出射的位置信息，由该位置信息可计算出闪烁光的产生位置，从而进一步计算出夹角θ，同时对所述符合单元4判定通过的信号计数即生成角关联谱。

上述第二探测器模块的狭缝与第一探测器模块的狭缝方向垂直，在具体实现中，所述第一探测器模块2的结构如图3所示，图3中该第一探测器模块2进一步包括第一准直器301、闪烁体302、光学组件303、第二准直器304、光阴极305、栅极306、偏转板307、微通道板308、成像器件309和脉冲信号源310，其中：

第一准直器301通常为铅或钨铜合金等高吸收材料，并开有一定宽度的狭缝；γ射线通过第一准直器301长而窄的狭缝入射到闪烁体302中并产生闪烁光；γ射线激发产生的闪烁光在晶体中沿4Pi角发射，一部分闪烁光经光学组件303调制后重新汇聚于第二准直器304的中心，并打到光阴极305上产生光电子；光电子经栅极306加速后进入与第一准直器301垂直放置（产生的电场垂直于第一准直器的狭缝）的平行板并在脉冲信号源310施加于偏转板307上的高频电场作用下发生偏转，偏转后的光电子经微通道板308倍增放大后在成像器件309上成像。上述成像器件309上像的位置与闪烁光入射到光阴极上的位置有关，即与闪烁光入射到闪烁体中的位置有关，因而通过符合可以用于角度的测量，具体测量过程见上述符合单元4和数据处理单元5中所述。

由于第一探测器模块和第二探测器模块的闪烁体结构不一样，故第二探测器模块内部的工作过程也不一样，具体来说：第一探测器模块的闪烁体为整块连续的晶体，故其输出的二维图像信号仅包含时间信息；而第二探测器模块中的光学组件对每一个晶体条中产生的闪烁光分别进行调制，并将调制后的闪烁光按照顺序沿狭缝的方向进行排列，而且闪烁光的位置与光电子飞行至成像器件上的位置相关，故其输出的二维图像信号同时包括时间信息和空间信息。

另外，所述第二探测器模块的多个晶体条之间还包含反射层隔离，用于将不同晶体条产生的闪烁光进行隔离，如图4的403所示即为晶体条的截面示意图。

综上所述，本发明实施例所提供的正电子湮没角关联谱仪能够避免角度扫描，直接得到一维角关联谱，从而可以单次对所有角度进行测量，减少测试时间，有效提高计数率，提高系统测试性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种正电子湮没角关联谱仪，其特征在于，包括放射源、第一探测器模块和第二探测器模块、符合单元和数据处理单元，其中：

所述放射源产生的正电子入射到样品中慢化、扩散并最终湮没产生两个γ射线，产生的γ射线分别进入两个探测器；

所述第一探测器模块和第二探测器模块为固定位置探测器，且第一探测器模块的闪烁体为整块晶体，第二探测器模块的闪烁体由沿狭缝方向线性排列的多个晶体条组成，不同晶体条对应不同的夹角θ；

所述符合单元对所述第一探测器模块和第二探测器模块的输出信号做时间符合，判定两者所提供的输出信号是否为同一个湮没对放出的两个0.511MeV的γ射线的信号；

所述数据处理单元对所述符合单元判定通过的信号做数据处理以计算夹角θ，并计数以进一步生成角关联谱。

2.如权利要求1所述正电子湮没角关联谱仪，其特征在于，所述第二探测器模块中的光学组件对每一个晶体条中产生的闪烁光分别进行调制，并将调制后的闪烁光按照顺序沿狭缝的方向进行排列。

3.如权利要求1所述正电子湮没角关联谱仪，其特征在于，

所述第二探测器模块的狭缝与所述第一探测器模块的狭缝方向垂直。

4.如权利要求1所述正电子湮没角关联谱仪，其特征在于，

所述第二探测器模块的多个晶体条之间包含反射层隔离，用于将不同晶体条产生的闪烁光进行隔离。

5.如权利要求1所述正电子湮没角关联谱仪，其特征在于，

所述放射源放置于U型结构的屏蔽体中。

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