Sự chuyển động của khối tâm của cặp hủy trong hệ quy chiếu gắn với phòng thí nghiệm không chỉ gây ra góc lệch của các phô-tôn khỏi 1800
, mà còn gây ra hiệu ứng mở rộng Đôp-le của đường cong hủy.
Trong trường hợp pô-si-trôn định xứ ở các chỗ khuyết mở, các electron hóa trị tham gia quá trình hủy tăng so với các electron lõi. Bởi vì động lượng của các electron hóa trị đủ nhỏ hơn, nên động lượng tổng của các electron sẽ giảm. Điều này dẫn đến một độ lệch góc nhỏ hơn và một độ dãn Đôp-le nhỏ hơn. Đường cong phổ
( )
D
N = f E của các vật liệu giàu chỗ khuyết thì cao hơn và hẹp hơn so với của vật liệu không có khuyết tật, nếu như cả hai có cùng diện tích. Hiệu ứng này có thể được sử dụng để thu nhận thông tin định lượng về các chỗ khuyết này.
Vì động lượng bảo toàn trong suốt quá trình hủy, động lượng của cặp e+-e-, p, truyền cho cặp phô-tôn. Thành phần động lượng pz theo phương truyền z của bức xạ dẫn đến hiệu chỉnh Đôp-le của năng lượng hủy 511 keV, được tính gần đúng theo biểu thức: 2 z p c E ∆ = 2.2.2.1. Thiết lập hệ đo
Hình 2.9: Sơ đồ hệ đo độ dãn nở Đôp-le
Gam-ma phát ra được ghi nhận bởi hệ đầu dò có độ phân giải năng lượng cao (thường là Ge siêu tinh khiết, kèm theo ni-tơ lỏng được làm mát, hiệu suất khoảng 20%). Tín hiệu được chuyển hóa thành xung điện nhờ bộ phận tiền khuếch đại bên trong đầu dò. Biên độ của xung phụ thuộc năng lượng của bức xạ gam-ma. Bộ phận khuếch đại cung cấp các xung cần thiết để chuyển xung đến bộ phận chuyển đổi xung
– số (ADC) trong máy phân tích đa kênh (MCA). Bộ phận ổn định đỉnh của MCA cho phép thu thập khoảng vài triệu điểm đếm. Cuối cùng, dữ kiện được lưu vào bộ nhớ của MCA và chuyển đến máy tính. Thời gian của phép đo độ dãn nở Đôp-le tương đương với thời gian đo phổ thời gian sống.
Ta có thể giảm phông tốt hơn bằng phương pháp trùng phùng dãn nở Đôp-le để ghi nhận cả hai lượng tử gam-ma . Phương pháp này đặc biệt quan trọng cho phép đo phần động lượng cách tâm của đường hủy khoảng 9 keV. Lượng tử thứ hai gần như phát ra thẳng hàng với lượng tử thứ nhất được ghi nhận bởi đầu dò Ge thứ hai (hoặc là đầu dò nhấp nháy). Hiệu quả chính của hệ hai đầu dò Ge này tăng độ phân giải năng lượng, lí tưởng là tăng bội .
Lí do cần phải trùng phùng cả hai phô-tôn để giảm phông xuất phát từ lượng tử khoảng 1.27 MeV của phân rã trong nguồn. Bằng cách này, phông có thể bị khử ít nhất hai bậc về độ lớn.
Hình 2.10: Sơ đồ trùng phùng để đo phổ giãn nở Đôp-le có giảm phông. Hai đầu dò kèm LN2 lỏng làm mát được sử dụng để ghi nhận sự trùng phùng cộng tuyến
của lượng tử
Một bước phát triển tiếp theo trong viêc đo đạc phổ trùng phùng là sự kết hợp với lí thuyết tính toán phần động lượng cao của đường hủy.
Hì nh 2.11: Phổ trùng phùng Đôp-le của Ga As – Zn. a) Mảng hai chiều các sự kiện
hủy trùng nhau. b) Biểu thị sự giảm phông.
Kết quả cho ra là một mảng hai chiều của tốc độ đếm, trong đó các chiều biểu diễn các giá trị năng lượng đo được của các đầu dò tương ứng. Phổ trùng phùng của cả hai đầu dò Ge đạt được trong mặt phẳng nghiêng dọc theo đường chéo kẻ từ góc trái phía trên đến góc phải phía dưới của mảng đo. Mặt phẳng nghiêng này có thể được giải thích dựa vào sự bảo toàn động lượng trong suốt quá trình hủy. Sự tăng năng lượng của tia gam-ma hủy theo điều chỉnh Đôp-le ở đầu dò này dẫn đến sự giảm đồng thời năng lượng của tia gam-ma hủy ở đầu dò còn lại, để tồng năng lượng của chúng giữ nguyên không đổi ở 1022 keV. Đường chéo thứ hai là số đo độ phân giải năng lượng của hệ đo. Hai mặt phẳng chứa hai trục ở mức năng lượng 511 keV thì cũng là phổ trùng phùng. Mặc dù phổ này cũng có sự giảm của phông, nhưng chúng vẫn không đối xứng (xem hình 2.11b). Do đó nên thay đầu dò Ge bởi một đầu dò nhấp nháy với cách lắp đạt tối ưu, phông có thể giảm thêm một bậc nữa về độ lớn. Đường chéo phổ trùng phùng hầu như đối xứng và có sự tăng độ phân giải năng lượng (như đã đề cập ở trên). Điều này thể hiện rõ ràng ở hình 2.11b với sự tăng tỉ số từ đỉnh đến phông và độ phân giải.
Hình 2.12: Minh họa cách xác định diện tích vùng Np và Nw dưới đường cong phổ
Trong phép đo DB, độ mở rộng của đường hủy (đỉnh 511 keV) bởi điều chỉnh Đôp-le phụ thuộc vào tổng động lượng của cặp hủy pô-si-trôn và ê-lec-trôn. Phổ phân bố động lượng theo một chiều của cặp hủy e+
-e- thể hiện hai vùng chính: vùng động lượng thấp gần đỉnh phản ánh sự hủy của các ê-lec-trôn hóa trị 3
0
(PL ≤4.10− m c, với PL
là thành phần động lượng dọc theo phương hủy) và phần động lượng cao về phía hai rìa của phổ phản ánh sự hủy của các ê-lec-trôn lõi 3 3
0 0
(11, 5.10− m c≤ PL ≤15, 5.10− m c)). Do đó, sự định lượng dựa theo hai tham số hình học đặc trưng:
Tham số S (liên quan đến sự hủy của các ê-lec-trôn hóa trị) được định nghĩa:
p total N S N = (2.29)
và tham số W (liên quan đến sự hủy của các ê-lec-trôn lõi) được định nghĩa:
1 2 w w total N N W N + = (2.30)
trong đó Ntotallà tổng số đếm, Nplà số đếm vùng động lượng thấp,Nw1và Nw2là số đếm hai vùng rìa có động lượng cao.
Thông tin về cấu trúc vật chất được cung cấp đầu đủ hơn bằng việc mô tả sự phân bố năng lượng toàn phần (FED) và sử dụng tham số L/R (các vùng phẳng trái/phải của đỉnh hủy 511 keV). Tham số S chứa thông tin về thành phần sống ngắn, hủy phát xạ
RAP (đỉnh hủy tương đối, được làm cho tương đồng với đỉnh 1.28 MeV (đỉnh tổng pô-si-trôn) có thể xác đỉnh tỉ số 2 / 3γ γ . Một sự giảm của S (hoặc RAP) và một sự tăng của L/R cho thấy tăng xác suất phát xạ 3γ và ngược lại. Bằng cách so sánh các giá trị RAP trong các vật mẫu thể hiện một cách trội hơn của hủy 3γ hoặc 2γ và khai thác các kết quả LT, cũng như thiết lập phân số f3γ của hủy o-Ps phát xạ 3γ , được tính xấp xỉ: f3γ =I4 4τ /140(140 ns là thời gian sống của o-Ps trong chân không). Sự tăng giá trị của f3γ
tương ứng với sự tăng xác suất hủy 3γ . [9] 2.2.2.3. Ưu điểm và hạn chế của phương pháp đo giãn nở Đôp-le
Ưu điểm :
o Ứng dụng nhiều trong việc phân tích cấu trúc vật liệu. o Ứng dụng tốt đối với các kim loại có độ nóng chảy cao.
o Hữu hiệu trong việc xác định sự hình thành, nhiệt hóa và phản ứng hóa học của pô-si-trô-ni-um.
Hạn chế:
Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ phân giải của đầu dò. Thông thường, đầu dò phải có độ phân giải năng lượng nhỏ hơn 2 keV tại vạch 511 keV.
2.3. Giới thiệu về phần mềm phân tích phổ LT 2.3.1. Giới thiệu chung