低本底符合正电子湮没辐射多普勒展宽装置的研制

根据正电子湮没的特点，研制了双高纯锗探头-多参数分析器符合正电子湮没辐射多普勒展宽装置，通过采用符合技术，大幅度地降低了正电子湮没辐射多普勒展宽谱的本底，谱线的峰高与本底之比高于10^5。该装置可用于研究原子的电子动量分布。

正电子湮没辐射多普勒展宽谱的处理及其应用

用迭代法对湮没辐射的Doppler展宽谱去卷职,获取湮没辐射的本征分布。用高斯—牛顿法将本征分布拟合为一个高斯函数(心电子贡献)和抛物线函数(传导电子贡献)之和。从本征分布和抛物线函致可以算出电子的动量分布信息和估测费米能。用纯Ge探测器测量了Al、Ag、Cu、Co、Ni、Sa、In、Mo、W、Zr,Ti、Ge、Si等13种材料的多普勒展宽谱,算出它们的动量分布和费米能,显示各种材料的动量分布明显不同,由实验测得的费米能值与由自由电子气模型计算的理论值很好符合。对Fe Si B非晶和晶态合金的研究表明:两者的动量分布差异甚小,但费米能略有不同。

基于正电子湮没技术的材料空位型缺陷行为研究

正电子湮没技术能够快速、精确、无损地对材料内部微观缺陷进行探测.将慢正电子束多普勒展宽能谱仪引入实验教学,选取核聚变堆壁材料金属钨为测试对象,调节正电子束能量,采集正电子在钨中湮没产生的γ光子信号.通过对γ光子多普勒展宽能谱进行处理分析,获得辐照前后样品近表面空位型缺陷数量随深度的变化规律,使学生掌握基于正电子湮没技术研究材料缺陷行为的实验技能.

符合多普勒展宽测量系统的性能研究

研制了一套具有外触发和内触发两种工作模式的高性能符合多普勒展宽测量系统（Coincident Doppler Broadening，CDB），其中外触发模式具有更好的时间分辨（FWHM〈7ns）和更高的峰谷比（〉10^6），适于强源高计数率测量（符合计数率〉200／s）；数字化的内触发模式，由于不需要复杂的外围电路，造价便宜、稳定性好因而更为实用，但时间分辨率（94ns）和峰谷比（〉10^5）明显逊于外触发模式。通过软件算法进行滤堆积处理后，在低符合计数率（～100／s）测量时峰谷比也能达到外触发水平（10^6）。本文系统介绍了谱仪的基本性能，测试了高纯金属标样Cu、Ni、W和A1的多普勒展宽谱，同时通过飞行正电子湮没（Positron Annihilation in Flight）实验验证了相对论动能公式E^2tatal=p^2c^2＋m^2ec^4，结果表明谱仪在时间分辨和去本底（峰谷比优于10^6）方面都具有较高的性能；作为应用例，表征了偏离正常化学比NiA1合金正电子湮没位置的化学环境，结果表明，CDB系统对开空间缺陷周围的化学环境变化具有较高的灵敏性，在材料微结构研究领域具有广泛的应用前景。

基于FPGA的全数字双通道符合多普勒展宽系统

针对核辐射能谱、正电子湮没符合多普勒展宽谱测量的需求,设计了一种基于FPGA的全数字双通道符合多普勒展宽系统。该系统以16 bit模数转换芯片AD9269-80为前端,将高纯锗探测器采集到的模拟信号转化为数字信号,该数字信号进入系统后端的FPGA芯片中进行数字处理。FPGA通过滑动平均窗口、乒乓操作、自定义IP核等实现对核脉冲信号的处理,包括波形降噪、梯形滤波、基线恢复、堆积识别、阈值判断、数据缓存等,从而得到核脉冲的幅度信息和时间信息。再由网口模块与上位机之间进行通信,采用UDP协议进行幅度、时间信息的传输,得到核信号的能谱。系统采用双通道对正电子符合多普勒展宽谱测量,得到二维符合图谱。

SiO_x薄膜微结构的正电子谱学研究

实验中选择Si（N型，（100面），3～5Ω·cm）作为薄膜样品的基底，利用射频溅射方法制备低介电常数非晶SiOx（x〈2）薄膜，并通过真空退火来改变其缺陷态．正电子湮没多普勒展宽能谱（DBS）测量在慢正电子束流装置上进行．正电子湮没结果显示随退火温度增加，SiOx薄膜中有纳米晶硅生成，使正电子的捕获缺陷减少，从而使S参数呈下降趋势．

用正电子研究半导体材料GaSb的缺陷

用正电子寿命谱和符合多普勒技术研究了电子辐照过的GaSb样品.揭示出原生未掺杂GaSb样品中存在单空位型VGa相关缺陷,具有284 ps左右的寿命值.电子辐照能使这种缺陷的浓度增大,使平均寿命值从辐照前的265 ps增大到辐照后的268 ps.低温符合多普勒展宽实验结果表明退火后的电子辐照过的原生未掺杂GaSb样品中仍然存在反位缺陷GaSb.掺Zn、Te样品的实验也证实电子辐照在GaSb样品中会引入VGa,284 ps类型的缺陷.

用符合多普勒展宽谱(CDB)研究不锈钢中氢与缺陷的相互作用

采用正电子湮没寿命谱(PALS)和符合多普勒展宽谱(CDB)等方法研究了AISI304不锈钢中氢与缺陷的相互作用。PALS实验结果表明:氢致缺陷尺寸随充氢电流密度的增大而变大,缺陷数量随充氢电流密度的增大而增多。进一步地,通过比较CDB实验的商谱曲线,发现在电解充氢后,高动量区出现了明显的峰,且峰位不随充氢条件改变;这表明氢可能会与空位发生相互作用,氢进入样品内部以后,可以作为聚集空位的核心而形成空位团,即形成氢与缺陷的复合体,导致缺陷化学环境的变化。

符合多普勒展宽谱的源修正研究

测量了Ti,Ni,Cu,Al以及Si的符合多普勒展宽谱。对于Ni的多普勒展宽谱,采用最小二乘法拟合得出其中的源强度。给出了源修正前后湮没量子在Si中的多普勒展宽谱,讨论了源成分的影响。用高斯-抛物线模型拟合多普勒展宽谱,将多普勒展宽谱中自由电子的湮没贡献和束缚电子的湮没贡献分开,进而探讨了只对束缚电子的湮没贡献做源修正的方法。

金属的正电子双多普勒展宽谱研究

研制了一套数字化的正电子湮没双多普勒展宽谱测量系统 ,用它测量了 10个样品的双多普勒展宽谱 ,得到了一些有意义的结果 .这些结果展示了一些金属单质材料的双多普勒展宽谱随着电子结构变化而发生的变化 .本文简略介绍了双多普勒展宽谱仪 ,实验数据处理 ,以及这些金属单质材料的数据和分析结果 .

ZIFs纳米晶体中电子偶素的自旋转换

ZIFs晶体由咪唑基桥接单金属离子构成,可通过咪唑酯连接物灵活选取合适的官能团对其结构进行调控,因而被赋予更多新的性质和功能.ZIFs晶体中孔结构及其化学环境与其性能紧密相关.本文采用静置法制备了ZIFs纳米晶体.X射线衍射结果证实制备的晶体为典型的ZIF-8晶体,扫描电子显微镜图可观察到其规则的菱型结构.N_(2)吸附-脱附测试表明ZIFs晶体具有较大的比表面积和孔容,分别为2966.26 m^(2)/g和3.01 cm^(3)/g.随着Co摩尔含量的增大,ZIFs晶体比表面积和孔体积逐渐减小,但是其孔径大小几乎稳定保持在12?左右.而N_(2)吸附-脱附等温线计算得到的孔径分布未显示咪唑配体组成的六元环的超微孔信息(3.4?).此外,利用正电子湮没寿命和多普勒展宽对晶体的微观结构和表面性能进行了研究.正电子的寿命谱有4个分量.较长寿命τ3,τ4分别是o-Ps在其微孔区域和晶体规则棱角间隙处的湮没寿命.随Co摩尔含量增大,其寿命τ3几乎没有变化,而较长寿命τ4从30.89 ns降至12.57 ns,其对应强度I3,I4也分别从12.93%和8.15%急剧下降至3.68%和0.54%.随Co摩尔含量的增大,多普勒展宽得到的S参数呈连续上升趋势,进一步多高斯拟合表明p-Ps强度也逐渐增大,这主要是由于电子偶素发生了自旋转换效应.因此,ZIFs纳米晶体中τ4下降很可能是由于正电子偶素与晶体表面Co离子发生了自旋转换效应.

MoO3/Al2O3催化剂中Mo分散的正电子研究

用浸渍法制备了一系列不同Mo含量的MoO3/Al2O3催化剂.测量了这些样品的正电子湮没寿命谱(PALS)与符合多普勒展宽(CDB)谱,以研究其孔洞结构以及Mo分散.正电子寿命测量结果表明,Al2O3载体中存在两种不同尺寸的孔洞.掺入MoO3之后,Mo原子主要进入Al2O3的大孔中,使孔洞体积减小.符合多普勒展宽谱结果表明,当MoO3的质量含量仅为3%时,多普勒展宽谱即发生了显著的改变.这表明Mo已分散至Al2O3的孔洞中,使得正电子测量所得到的电子动量分布发生改变.在MoO3含量达到18%之后,Al2O3中大孔的体积减小到尺寸与小孔相当,此后正电子寿命和多普勒展宽谱不再随MoO3含量变化,表明Mo分散逐渐达到饱和.

离子辐照样品的表面处理方法研究

离子辐照实验已广泛应用于评价反应堆压力容器钢的辐照损伤效应,这对样品表面状态提出了苛刻的要求。分别采用机械抛光、振动抛光、电化学抛光与真空退火的方法对RPV钢样品表面进行了处理,采用慢束正电子湮没-多普勒展宽谱实验表征了样品表面的损伤层状态,采用纳米压痕测试表征了样品表面的应力状态。实验结果表明:对于RPV钢离子辐照样品,建议优先采用机械抛光+真空退火处理的方法处理样品表面,其次可采用电化学抛光处理方法。同时指出了该结论也适用于材料化学成分、强度与韧性等力学性能及热处理状态等相近的其他低合金钢离子辐照样品的表面处理。