2. Метод измерения доплеровского уширения аннигиляционной линии

Метод измерения доплеровского уширения аннигиляционной линии (ДУАЛ) основан на измерении энергетического распределения аннигиляционных фотонов в веществе путем измерения энергетического сдвига относительно номинального значения 0,511 МэВ.

Движение центра масс аннигилирующей электрон-позитронной пары с импульсом p обуславливает доплеровский сдвиг энергии γ-квантов, максимальная величина которого определяется соотношением:

, (8)

где = 0,511 МэВ;

- проекция импульса пары на направление наблюдения.

1. Метод измерения доплеровского уширения с одним детектором (dual)

Существует несколько схем спектрометров для анализа доплеровского уширения аннигиляционной линии. Рассмотрим основные.

Рисунок 2. Спектрометр для анализа доплеровского уширения аннигиляционной линии.

Источник позитронов (2) бомбардирует образец (1), вследствие чего образуются γ-кванты, которые разлетаются в стороны и попадают на полупроводниковый детектор (4), который питается от высоковольтного источника питания (3). Чтобы уменьшить количество шумов и добиться наилучшего энергетического разрешения используется криостат (5) с жидким азотом (LN₂). Далее сигнал идёт на зарядово-чувствительные предусилители с регулируемой полосой пропускания частот (6). После этого сигнал регистрируется многоканальным амплитудным анализатором (7). В него входят: стабилизатор, амплитудно-цифровой преобразователь и память.

Энергетическое разрешение детекторов определяется по ширине на половине высоты линии 0,511МэВ спектра ядерных γ-квантов от калибровочного источника на основе изотопа ⁸⁵Sr или линии 0,661МэВ изотопа ¹³⁷Cs. Для растяжки линии в схеме измерений используют усилители, и масштаб шкалы анализатора обычно устанавливают в пределах 50–200 эВ/канал, что составляет около 0,01% от амплитуды сигнала аннигиляционных γ-квантов. С целью уменьшения собственных шумов аппаратуры, «размывающих» амплитуду сигналов с детектора, используют предусилители с охлаждаемым полевым транзистором во входном каскаде.

Для корректного построения энергетического спектра с помощью метода статистической регуляризации, требуется 10⁶ отсчетов в максимуме спектра. Это неизбежно ведет к большому времени измерения энергетического спектра.

Пример спектра доплеровского уширения аннигиляционной линии показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Спектр доплеровского уширения аннигиляционной линии.

Для характеристики изменения доплеровского уширения используются интегральные величины. Параметр S (shape) используется для центральной области, а параметр W (wing) используется для наружной области. Параметры S и W связывает F.

,

(9)

.

В случае только одного дефектного состояния S и W параметры могут быть выражены как:

(10)

где , – аннигиляция в объёме;

, — аннигиляция в дефекте;

— доля захвата позитронов дефектами.

Отсюда можно определить плотность дефектов C_d по следующей формуле:

(11)