【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核探测，具体属于正电子湮没谱学领域，特别涉及一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联（amoc）谱仪。
技术介绍
1、正电子湮没谱学技术是一种用于表征材料性质的独特方法，特别是对于研究固体物质中的各种类型的缺陷、自由体积等微观结构具有极高的灵敏度。通常来说，能量较高的正电子进入物质内部后，会经历热化、扩散、湮没三个主要过程。由于正电子带有正电荷，因此其在物质内运动时会自动搜寻具有负电性的微观结构，并最终在这些地方湮没。正电子湮没寿命（从产生到湮没为光子的时间）取决于物质内电子密度的分布，而电子密度的分布由物质内的微观结构决定，因此通过探测正电子在物质内的寿命就能推测物质内的微观结构信息。基于这一原理，发展出了正电子湮没寿命谱仪，用于测量正电子在物质内的湮没寿命。
2、此外，正电子在与物质内的电子发生湮没时，通常会释放出一对近似背对背发射的γ光子，其能量接近0.511 mev。然而，这一对γ光子的实际能量取决于发生湮没的正电子-电子湮没对的动量。由于正电子在形成湮没对时通常已经在热化过程中损失了几乎所有的动能，因此湮没对的动量主要由参与湮没的电子贡献，由此可知湮没产生的γ光子对的实际能量携带了湮没处的电子的动量信息。基于这一原理，发展出了正电子湮没（符合）多普勒展宽谱仪，用于测量正电子在物质内湮没产生的γ光子的能量。
3、在正电子湮没寿命谱仪和正电子湮没多普勒展宽谱仪的基础上，通过符合测量正电子的湮没寿命和湮没产生的γ光子的能量，发展出了amoc谱仪，用于获取电子动量分布随正电子湮没寿命的
4、早期的amoc谱仪的数据获取系统是基于复杂的电子学插件的，通常采用γ-γ-γ符合原理，并使用22na同位素作为正电子源。通过统计大量符合事件中的正电子湮没寿命和对应的湮没γ光子的能量即可得到amoc谱。为了获得准确的测试结果，每个谱的总计数通常需要大于1000万。然而，常规的amoc谱仪的符合计数率通常较低，一般每秒钟只能测得数个符合事件，测试一个足够总计数的谱需要10天左右，并且符合时间分辨也存在较大的提升空间。另外，对于基于γ-γ-γ符合原理的amoc谱仪，测试时需要用两片样品夹着正电子源。当使用两片7.5微米厚的kapton膜包裹正电子源时，测试得到的正电子湮没寿命-动量关联谱中存在约13%的源成分，并且无法进行扣除，这将在一定程度上影响测试结果的准确性。现有技术中存在以68ge同位素作为正电子源的β+-γ-γ符合amoc谱仪，使用pmt作为正电子探测器的组分，并且同样使用了复杂的电子学插件。随着慢正电子束流技术的发展，逐渐出现了基于束流的β+-γ-γ符合amoc谱仪，其通过直接探测正电子作为正电子湮没寿命的起始信号，显著提高了起始信号的探测效率，进而显著改善了符合计数率。但这种基于束流的β+-γ-γ符合amoc谱仪的符合时间分辨通常较差，且造价和维护成本非常高，因此并未得到广泛的应用。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联（amoc）谱仪。采用β+-γ-γ符合原理，并使用硅光电倍增管（sipm）与闪烁体的组合作为正电子探测器；使用了正电子发射能量更低的22na同位素作为正电子源，通过借助粒子探测系统模拟软件对谱仪进行优化，得到了适合这种低能正电子源的谱仪结构参数；采用了电子学插件和快速数字示波器相结合的这种半数字的方式进行信号的采集和处理。本专利技术的amoc谱仪可以有效的提高符合计数率，同时具有良好的符合时间分辨和极低的源成分，并且有利于降低谱仪的搭建成本。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，包括正电子湮没寿命探测模块、正电子湮没γ光子能量探测模块、信号采集模块、控制与分析模块，其中，
4、正电子湮没寿命探测模块用于获取amoc谱中的寿命部分；
5、正电子湮没γ光子能量探测模块用于通过探测正电子湮没产生的γ光子，获取amoc谱中的动量部分；
6、信号采集模块用于采集正电子湮没寿命探测模块和正电子湮没γ光子能量探测模块产生的信号；
7、控制与分析模块用于控制信号采集模块并基于信号采集模块采集到的信号获取amoc谱。
8、本专利技术的有益效果在于：
9、（1）本专利技术利用新型的sipm取代pmt作为β+-γ-γ符合amoc谱仪的正电子探测器的组分。相比于pmt，sipm具有结构紧凑、光子探测效率高、时间分辨优异等特点，更适合在弱光且发光面小的情况下获取信号的能量和时间信息，有利于改善谱仪的符合时间分辨。并且sipm的价格远低于pmt，有利于减少谱仪的搭建成本；
10、（2）本专利技术利用半数字化的数据采集系统取代纯数字化和基于复杂电子学插件的数据采集系统，允许使用一个高垂直精度但采样率较低的快速数字示波器同时完成正电子湮没寿命和正电子湮没γ光子能量信号的采集。进一步允许通过各种算法对高纯锗的信号进行堆积判断和去堆积处理，并且允许通过分析两路信号在时间窗中的相对位置有效地降低偶然符合事件的比例，这些都有利于提高测试的准确性；
11、（3）本专利技术使用22na同位素取代68ge同位素作为正电子源，通过借助粒子探测系统模拟软件对谱仪进行优化，得到了适合这种低能正电子源的谱仪结构参数。相比于68ge同位素，22na同位素的半衰期更长，约为68ge同位素半衰期的3.5倍，这有利于谱仪的符合计数率在更长时间内保持稳定。并且低能正电子源对样品厚度的要求更低。
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1.一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，包括正电子湮没寿命探测模块、正电子湮没γ光子能量探测模块、信号采集模块、控制与分析模块，其中，
2.根据权利要求1所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述正电子湮没寿命探测模块包括起始信号模块、终止信号模块、电子学插件模块，其中起始信号模块和终止信号模块分别与电子学插件模块相连。
3.根据权利要求2所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述起始信号模块用于获取正电子湮没寿命的起始信号，包括SiPM及用于信号读出的SiPM电路板、22NaCl溶液、导光薄膜、第一闪烁体、同相放大器、反相放大器、恒稳低压电源，其中，
4.根据权利要求2所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述终止信号模块通过探测正电子湮没产生的γ光子，获取正电子湮没寿命的终止信号，包括PMT、第二闪烁体，以及为PMT供电的第一恒稳高压电源，其中，第二闪烁体覆盖有反光物质，固定于PMT的光学窗，且第二闪烁体的下切面与起始信号模块
5.根据权利要求2所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述电子学插件模块用于处理起始信号模块和终止信号模块产生的起始信号和终止信号，包括第一、第二恒比定时甄别器、延时器、时间幅度转换器，其中，第一恒比定时甄别器用于从起始信号模块输出的起始信号中通过恒比定时的方法提取正电子湮没寿命的起始时刻，第二恒比定时甄别器用于从终止信号模块输出的终止信号中通过恒比定时的方法提取正电子湮没寿命的终止时刻，延时器接在第二恒比定时甄别器后，用于为正电子湮没寿命的终止时刻加一定时长的延迟，时间幅度转换器用于接收第一恒比定时甄别器和延时器输出的信号，将正电子湮没寿命的起始时刻和经延迟的终止时刻的时间差转换为脉冲信号。
6.根据权利要求1所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述正电子湮没γ光子能量探测模块包括高纯锗探测器、主放大器，为高纯锗探测器供电的第二恒稳高压电源，其中，当正电子湮没产生的γ光子进入高纯锗探测器的灵敏区域并沉积能量后，所述高纯锗探测器产生脉冲信号，并经外接的主放大器对所述脉冲信号进行放大，计算得到AMOC谱中的动量部分。
7.根据权利要求1所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述信号采集模块包括快速数字示波器，所述快速数字示波器包括四个通道，其中，一个通道用于采集时间幅度转换器输出的脉冲信号，一个通道用于采集高纯锗探测器连接的主放大器输出的脉冲信号。
8.根据权利要求1所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述控制与分析模块包括采集控制模块、数据分析和记录模块。
9.根据权利要求8所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述采集控制模块用于控制信号采集模块，使用C++程序实现快速数字示波器和计算机之间的交互，在对快速数字示波器进行控制的同时完成信号的实时传输。
10.根据权利要求8所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述数据分析和记录模块用于从信号采集模块采集到的信号中提取并记录AMOC谱。
...【技术特征摘要】
1.一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，包括正电子湮没寿命探测模块、正电子湮没γ光子能量探测模块、信号采集模块、控制与分析模块，其中，
2.根据权利要求1所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述正电子湮没寿命探测模块包括起始信号模块、终止信号模块、电子学插件模块，其中起始信号模块和终止信号模块分别与电子学插件模块相连。
3.根据权利要求2所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述起始信号模块用于获取正电子湮没寿命的起始信号，包括sipm及用于信号读出的sipm电路板、22nacl溶液、导光薄膜、第一闪烁体、同相放大器、反相放大器、恒稳低压电源，其中，
4.根据权利要求2所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述终止信号模块通过探测正电子湮没产生的γ光子，获取正电子湮没寿命的终止信号，包括pmt、第二闪烁体，以及为pmt供电的第一恒稳高压电源，其中，第二闪烁体覆盖有反光物质，固定于pmt的光学窗，且第二闪烁体的下切面与起始信号模块中第一闪烁体的上表面相切，当有湮没γ光子在第二闪烁体中沉积能量时第二闪烁体产生闪烁光子，pmt探测到所述闪烁光子时产生电信号，即正电子湮没寿命的终止信号。
5.根据权利要求2所述的一种β+-γ-γ符合正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，所述电子学插件模块用于处理起始信号模块和终止信号模块产生的起始信号和终止信号，包括第一、第二恒比定时甄别器、延时器、时间幅度转换器，其中，第一恒比定时甄别器用于从起始信号模块输出的起始信号中通过恒比定时的方法提取正电子湮没寿命的起始时刻，第二恒比定时甄别器用于从...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐巍，罗迷，李钰环，刘建党，叶邦角，张宏俊，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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