Образование и кинетика аннигиляции атомов позитрония в молекулярных жидкостях

• Автор: Звежинский, Дмитрий Станиславович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Содержание работы
Глава 1. Принципы позитронной аннигиляционной спектроскопии
1.1. Позитрон и позитроний
1.2. Экспериментальные методы временной аннигиляционной спектроскопии
1.3. Выводы
Глава 2. Особенности образования и гибели позитрония в молекулярных жидкостях
2.1. Общая модель радиолиза молекулярной среды .
2.2. Модель радиолиза воды
2.3. Моделирование роста позитрониевого пузырька
с помощью гидродинамического подхода
2.4. Локальный разогрев блоба
2.5. Учёт дефектов структуры аморфной среды в пузырьковой модели
2.6. Вычисление кинетики внутриблобовых реакций
2.7. Выводы
Глава 3. Экспериментальное исследование анниги-ляционных спектров воды и глицерина
3.1. Определение функции разрешения временного
спектрометра
3.2. Обработка временных аннигиляционных спектров воды

3.3. Обработка временных аннигиляционных спектров глицерина
3.4. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение А. Экспериментальные аспекты временной аннигиляционной спектроскопии
А.1. Описание временного позитронного спектрометра
А.2. Изготовление источника позитронов
А.З. Запуск и настройка спектрометра
Приложение Б. Программа для трёхэкспоненциальной подгонки аннигиляционного спектра
Введение
Позитронная аннигиляционная спектроскопия (ПАС) - одна из современных методологий исследования конденсированного состояния вещества. Она применяется во многих областях науки и позволяет решать широкий круг задач: от исследования электронной структуры кристаллов (физика твёрдого тела, материаловедение) до детектирования раковых опухолей у человека (медицина, биология).
Изучение позитрона и его аннигиляции значительно повлияло на развитие основ современной физики и химии. Теоретические работы П. Дирака [1, 2], С. Мохоровичича [3], В.И. Гольданского [4], В.П. Шантаровича [5] и других, экспериментальные - К. Андерсона [6], М. Дейча и Д. Шерера [7] и других [8, 9] заложили научные основы постановки и интерпретации позитронно-аннигиляционных экспериментов.
Суть позитронно-аннигиляционного эксперимента состоит в имплантации в исследуемый образец позитронов и детектировании аннигиляционно-го излучения. Существуют три основные экспериментальные методики:
1. Временная, когда регистрируется время между испусканием стартового 7-кванта, сопровождающего рождение позитрона в позитронном эмиттере (например, изотопе 22Иа), и аннигиляционного 7-кванта.
2. Угловая, когда анализируется угол разлета аннигиляционных 7-квантов.
3. Доплеровская, при которой измеряется отличие энергии аннигиляционного кванта от энергии покоя электрона тес2 =0.511 МэВ.
Основная часть экспериментальных методов используют аннигиляцию позитрона на два 7-кванта, как наиболее вероятный и быстрый канал реакции аннигиляции в веществе.
Согласно исследованиям [4, 10, 11], имплантированный в среду (образец) позитрон теряет начальную энергию в результате ионизационного торможения и дальнейшего возбуждения колебательных степеней свободы окружающих молекул. Будучи положительно заряженным, он взаимодействует с выбитыми им же электронами, и когда энергия связи позитрона и одного из электронов становится больше энергии тепловых флуктуаций (квТ), говорят об образовании электрон-позитрон ной пары. Такую систему, оказавшуюся в основном энергетическом состоянии, называют квазисвободным позитронием (цГ-Рэ). Будучи элсктронейтральным и слабо возмущая

граница раздела пузырек-жидкость считалась совпадающей с положением стенки потенциальной ямы. При расчете скорости pick-off аннигиляции o-Ps полагалось, что электроны молекул не попадают внутрь сферической потенциальной ямы радиуса Яц так, что pick-off-аннигиляция обусловлена перекрытием волновой функции o-Ps с электронами среды лишь за пределами потенциальной ямы.
Позднее в эту усовершенствованную модель по аналогии с моделью Тао-Элдрупа был добавлен дополнительный параметр 5 - толщина, на которую электронная плотность распространяется внутрь пузырька (рис. 1.7). Этот параметр создавал дополнительную возможность позитронию аннигилировать через pick-off процесс внутри локализующей потенциальной ямы. Кроме того, был исправлен очевидный дефект модели, из-за которого при U —> оо модель ямы конечной глубины не переходила в модель ямы с бесконечно высокими стенками, приводя к отсутствию pick-off аннигиляции [68].

Рис. 1.7. Модель Ре, локализованного в потенциальной яме конечной глубины. Волновая функция 1р{г) центра масс Ре, находящегося в сферически симметричной потенциальной яме конечной глубины 17 и радиуса Кц. Ттг/Н/З - свободный объем поры. Параметр 5 характеризует проникновение внешних электронов молекул среды внутрь потенциальной ямы. _Куз ~ радиус ячейки Вигнера-Зейтца, определяемый из соотношения ф Лфз = 1/п1 гДе 71 ~ концентрация молекул среды.
Время жизни o-Ps в модели конечной ямы
Воспользуемся выражениями (1.4), (1-24), (1.25) чтобы получить скорость pick-off аннигиляции позитрония в потенциальной яме конечной глу-