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JP2007178329A - Positron lifetime measuring apparatus and measuring method - Google Patents

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JP2007178329A
JP2007178329A JP2005378553A JP2005378553A JP2007178329A JP 2007178329 A JP2007178329 A JP 2007178329A JP 2005378553 A JP2005378553 A JP 2005378553A JP 2005378553 A JP2005378553 A JP 2005378553A JP 2007178329 A JP2007178329 A JP 2007178329A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device capable of measuring a positron lifetime by separating a positron beam source from a measuring sample, and having a half value width of a time resolution below 180 ps, and to provide a method of measuring the same. <P>SOLUTION: The device includes a positron beam source, a light detection device arranged in the state sandwiching the measuring sample between itself and the positron beam source, and a γ-ray detection device for detecting γ-rays generated when positrons entering the measuring sample from the positron beam source are annihilated in the measuring sample. The light detection device is characterized by detecting Cherenkov light generated when the positrons enter the measuring sample from the positron beam source. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、陽電子寿命測定装置及び測定方法に関し、さらに詳しくは、被測定試料である物質中の格子欠陥やポジトロニウムの検知および評価、あるいはポリマーの自由体積測定等に用いられる陽電子寿命測定装置及び測定方法に関する。   The present invention relates to a positron lifetime measurement apparatus and measurement method, and more specifically, a positron lifetime measurement apparatus and measurement used for detection and evaluation of lattice defects and positronium in a substance as a sample to be measured, or for measuring a free volume of a polymer. Regarding the method.

陽電子寿命測定装置は、金属、半導体、化合物等の物質中に存在する空孔や転位等の格子欠陥を検出し、研究する手法としてもっとも高感度で有力な手法の一つである。陽電子が被測定試料に入射した時刻と、入射した陽電子が被測定試料中の電子と衝突して消滅した時刻とをそれぞれ検出し、その時刻差の頻度分布をとって陽電子の寿命を求める。   The positron lifetime measuring device is one of the most sensitive and effective methods for detecting and studying lattice defects such as vacancies and dislocations present in materials such as metals, semiconductors and compounds. The time at which the positron is incident on the sample to be measured and the time at which the incident positron collides with the electron in the sample to be measured and disappears are detected, and the frequency distribution of the time difference is taken to determine the lifetime of the positron.

例えばアニ−ルした銅板などの被測定試料122は、図8に示すように22Na陽電子線源120を挟んで密着して配置される(図8では離して描かれている)。22Na陽電子線源120から陽電子が放射されると1.275MeVの核γ線が発生し、この陽電子が被測定試料122中で消滅すると一対の0.511MeVの陽電子消滅γ線が発生する。陽電子が被測定試料122中に入射した時刻をスタート時刻、その入射陽電子が被測定試料122中で消滅した時刻をストップ時刻とよぶことにすると、1.275MeVの核γ線を捕捉した時刻をスタート時刻と、0.511MeVの陽電子消滅γ線を捕捉した時刻をストップ時刻とみなし、ストップ時刻とスタート時刻の差から被測定試料122において陽電子が存在した時間の長さを測定することができる。 For example, a sample 122 to be measured, such as an annealed copper plate, is placed in close contact with the 22 Na positron source 120 as shown in FIG. 8 (shown apart in FIG. 8). When positrons are emitted from the 22 Na positron beam source 120, 1.275 MeV nuclear γ rays are generated, and when these positrons disappear in the sample 122 to be measured, a pair of 0.511 MeV positron annihilation γ rays are generated. When the time when the positron is incident on the sample 122 to be measured is referred to as the start time, and the time at which the incident positron disappears in the sample 122 is referred to as the stop time, the time when the 1.275 MeV nuclear γ-ray is captured is started. The time and the time at which 0.511 MeV positron annihilation γ-rays are captured are regarded as the stop time, and the length of time that the positrons existed in the sample 122 to be measured can be measured from the difference between the stop time and the start time.

図7に従来型の陽電子寿命測定装置100の一例を示す(特許文献1を参照)。陽電子寿命測定装置100は、上記22Na陽電子線源120と、これを挟んで密着して配置される被測定試料122と、これらから発生するγ線を捕捉するγ線検出装置105とから構成される。γ線検出装置105は、陽電子線源120からの1.275MeVの核γ線(スタート信号)を捕らえて光に変換するシンチレータ111と、被測定試料122中で消滅した陽電子の放出する0.511MeVの陽電子消滅γ線(ストップ信号)を捕らえて光に変換するシンチレータ110とを含む。シンチレータ110、111は、例えばBaFなどで形成される。 FIG. 7 shows an example of a conventional positron lifetime measuring apparatus 100 (see Patent Document 1). The positron lifetime measuring apparatus 100 includes the 22 Na positron beam source 120, a sample 122 to be measured that is placed in close contact with the 22 Na positron source, and a γ-ray detector 105 that captures γ-rays generated therefrom. The The γ-ray detection device 105 includes a scintillator 111 that captures 1.275 MeV nuclear γ-rays (start signal) from the positron source 120 and converts it into light, and 0.511 MeV that emits positrons annihilated in the sample 122 to be measured. And a scintillator 110 that captures the positron annihilation γ-rays (stop signal) and converts them into light. The scintillators 110 and 111 are made of, for example, BaF 2 .

また、γ線検出装置105において、シンチレータ110、111で発生した光は光電子増倍管(PMT)112で電気信号に変換され、デジタルオシロスコープ114またはデジタイザ116等によりデジタル化され、このデジタルデータが例えばパーソナルコンピュータ(PC)118に転送される。   In the γ-ray detection device 105, the light generated by the scintillators 110 and 111 is converted into an electrical signal by a photomultiplier tube (PMT) 112, and digitized by a digital oscilloscope 114 or a digitizer 116. It is transferred to a personal computer (PC) 118.

光電子増倍管の波形は例えば図9のようになり、この波形から各シンチレータ110、111がγ線を捕らえた時刻を特定することができる。まず、各点の間隔は一般に約数百ピコ秒(ps)あるので、数点の合計で平均して鈍らせる等して波形を平滑化した後、補間して、連続波形に変換する。次に波形のピーク値を求め、最後に波形がピーク値の例えば25%となる位置を求めて、γ線の捕捉時刻とすることができる。   The waveform of the photomultiplier tube is, for example, as shown in FIG. 9, and the time at which each scintillator 110, 111 captures γ rays can be specified from this waveform. First, since the interval between the points is generally about several hundred picoseconds (ps), the waveform is smoothed by, for example, averaging the total of several points, and then interpolated to convert to a continuous waveform. Next, the peak value of the waveform is obtained, and finally the position at which the waveform is, for example, 25% of the peak value is obtained to obtain the γ-ray capture time.

上記のように各2種類のγ線の捕捉時刻を特定することにより、各陽電子のストップ時刻とスタート時刻を計測することができ、その寿命を求めることができる。そして、上記ステップを繰り返すことにより、図10のような陽電子寿命のヒストグラムを得ることができる。この得られたヒストグラムの半値幅から、陽電子寿命測定装置の時間分解能(半値幅)を以下のように求めることができる。   By specifying the capture time of each of the two types of γ rays as described above, the stop time and start time of each positron can be measured, and the lifetime can be obtained. Then, by repeating the above steps, a positron lifetime histogram as shown in FIG. 10 can be obtained. From the half width of the obtained histogram, the time resolution (half width) of the positron lifetime measuring apparatus can be obtained as follows.

まず、得られた陽電子寿命のヒストグラムを、次の関数でフィッティングする。   First, the obtained positron lifetime histogram is fitted with the following function.

Figure 2007178329
であり、Θ(t−t’)はヘビサイド関数である。
Figure 2007178329
Θ (t−t ′) is a snake side function.

数1において、τは被測定試料122中における陽電子の減衰定数、τ22Na陽電子線源120中における陽電子の減衰定数、τresはガウス分布の半値幅をそれぞれ表す。τは被測定試料中における陽電子寿命と、τresを陽電子寿命測定装置の時間分解能(の半値幅)と定義することができる。 In Equation 1 , τ 1 represents the positron decay constant in the sample 122 to be measured, τ 2 represents the positron decay constant in the 22 Na positron source 120, and τ res represents the half width of the Gaussian distribution. τ 1 can be defined as the positron lifetime in the sample to be measured, and τ res can be defined as the time resolution (half-value width) of the positron lifetime measuring apparatus.

特開2003−215251号公報JP 2003-215251 A 特開2001−74673号公報JP 2001-74673 A 特開2001−116706号公報JP 2001-116706 A 電子技術総合研究所研究報告第928号 鈴木良一1991 第5章Research Institute of Electronics Technology Research Report No. 928 Ryoichi Suzuki 1991 Chapter 5

以上、一例として22Na陽電子線源120のβ+崩壊を利用する陽電子寿命測定方法、すなわち22Na陽電子線源120からの陽電子の放出と同時に放出される1.27MeVのγ線を選択的に捕らえることにより、スタート時刻を知る方法を説明した。しかし、この方法には以下のような問題点があった。 Above, 22 Na positron lifetime measurement method using positron source 120 of beta + decay, i.e. capturing the γ rays 1.27MeV emitted simultaneously with the positron emission from 22 Na positron source 120 selectively as an example This explains how to know the start time. However, this method has the following problems.

非密封の陽電子線源120を被測定試料122に密着させて使用する必要があるため、放射線管理区域を必要とし、法律上の手続が煩雑である。また、被測定試料122を高温など特別な環境において測定すると、22Naが拡散するという問題が生じる。 Since it is necessary to use the unsealed positron source 120 in close contact with the sample 122 to be measured, a radiation control area is required and the legal procedure is complicated. Further, when the sample 122 to be measured is measured in a special environment such as a high temperature, there arises a problem that 22 Na diffuses.

そこで、陽電子ビームをRFで短パルス化(バンチング)して用いる方法が開発されている(例えば、非特許文献1を参照)。   In view of this, a method has been developed in which a positron beam is shortened (bunched) with RF (for example, see Non-Patent Document 1).

しかし、この方法を用いると装置が非常に大掛かりになる。加速器を用いれば高い性能が得られるが、数十億円の費用がかかる。陽電子線源120を用いれば数千万円程度に費用は抑制できるが、陽電子の数が減るので測定に時間がかかる。   However, when this method is used, the apparatus becomes very large. High performance can be obtained with an accelerator, but it costs billions of yen. If the positron source 120 is used, the cost can be reduced to about tens of millions of yen, but the measurement takes time because the number of positrons is reduced.

また、上記文献2及び3には、陽電子線源と、電磁レンズと、陽電子検出器と、γ線検出器とを具え、前記陽電子線源は前記電磁レンズの磁場内に設置されるとともに被測定材料から隔離して設置され、前記陽電子検出器は前記陽電子線源と前記被測定材料の間に設置されるとともに、前記陽電子線源と前記被測定材料までの陽電子飛翔経路が真空に保持されている材料評価装置が開示されている。   References 2 and 3 include a positron beam source, an electromagnetic lens, a positron detector, and a γ-ray detector. The positron beam source is installed in the magnetic field of the electromagnetic lens and is measured. The positron detector is installed between the positron source and the material to be measured, and the positron flight path to the positron source and the material to be measured is maintained in a vacuum. A material evaluation apparatus is disclosed.

すなわち、上記発明においては、陽電子線源から発生する陽電子を、プラスチックシンチレーターまたはAPD(アバランシェフォトダイオード)を透過させてスタート時刻を得ている。本方法によれば、陽電子線源を被測定試料に密着させて使用する必要がなく、有効陽電子数を大幅低下させることなく上記陽電子線源と被測定試料を隔離して陽電子寿命を測定することができる。   That is, in the above invention, the positron generated from the positron beam source is transmitted through the plastic scintillator or the APD (avalanche photodiode) to obtain the start time. According to this method, it is not necessary to use a positron beam source in close contact with a sample to be measured, and the positron lifetime is measured by isolating the positron beam source and the sample to be measured without significantly reducing the number of effective positrons. Can do.

しかし、APDを通過した陽電子のエネルギーのばらつきが大きく、それが時間のばらつきになってしまい、そのため、電磁レンズによるエネルギー選別が必要となる。また、時間分解能の半値幅が240ps程度で、あまりよくない。従来の非密封線源を使う上記装置では、文献値で118psや110psが可能である。   However, there is a large variation in the energy of the positrons that have passed through the APD, which results in a variation in time. Therefore, energy selection by an electromagnetic lens is required. Also, the half width of time resolution is about 240 ps, which is not so good. In the above apparatus using a conventional non-sealed radiation source, 118 ps and 110 ps are possible as literature values.

そこで本発明は、陽電子線源と被測定試料を隔離して陽電子寿命を測定することができ、時間分解能の半値幅が例えば180ps以下となる高性能の陽電子寿命測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a high-performance positron lifetime measurement apparatus and measurement method that can measure the positron lifetime by separating the positron beam source and the sample to be measured and have a half-value width of time resolution of, for example, 180 ps or less. With the goal.

また、本発明の他の目的は、加速器などの大掛かりな装置を使用することなく、比較的安価な装置で被測定試料中の陽電子寿命を測定することができる陽電子寿命測定装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a positron lifetime measuring apparatus capable of measuring the positron lifetime in a sample to be measured with a relatively inexpensive apparatus without using a large-scale apparatus such as an accelerator. is there.

本発明の陽電子寿命測定装置は、装置陽電子線源と、前記陽電子線源との間に被測定試料を挟んで配置された光検出装置と、前記被測定試料に前記陽電子線源から入射された陽電子が、該被測定試料中で消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出装置と、を備え、前記光検出装置は、前記陽電子線源から前記陽電子が前記被測定試料中に入射された際に発生するチェレンコフ光を検出することを特徴とする。チェレンコフ光がスタート信号であり、γ線がストップ信号であり、両信号を検出した場合の時間差から、陽電子の被測定試料中での寿命を測定する。   A positron lifetime measuring apparatus according to the present invention includes an apparatus positron beam source, a photodetection device disposed with the sample to be measured interposed between the positron beam source, and the sample to be measured incident from the positron beam source. A γ-ray detection device that detects γ-rays generated when positrons disappear in the sample to be measured, and the photodetection device receives the positron from the positron source into the sample to be measured. It is characterized by detecting Cherenkov light generated when the light is emitted. Cherenkov light is the start signal, γ-ray is the stop signal, and the lifetime of the positron in the sample to be measured is measured from the time difference when both signals are detected.

前記被測定試料は、該被測定試料中で発生したチェレンコフ光を外部に取り出して検出する必要があるため、透明である。   The sample to be measured is transparent because it is necessary to extract and detect Cherenkov light generated in the sample to be measured.

また、本発明の陽電子寿命測定装置は、陽電子線源と、前記陽電子線源に対向して配置されたチェレンコフ発光体と、前記陽電子線源から放射された陽電子が、前記チェレンコフ発光体中を通過する際に発生するチェレンコフ光を検出する光検出装置と、前記チェレンコフ発光体を介して前記陽電子線源に対向して配置された被測定試料中で、該チェレンコフ発光体中を通過した前記陽電子が消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出装置と、を備え得る。この場合もチェレンコフ光がスタート信号であり、γ線がストップ信号となる。   Further, the positron lifetime measuring apparatus of the present invention includes a positron beam source, a Cherenkov emitter disposed facing the positron source, and a positron emitted from the positron source passes through the Cherenkov emitter. And a photodetection device that detects Cherenkov light generated when the positron passes through the Cherenkov emitter in a sample to be measured facing the positron beam source via the Cherenkov emitter. And a γ-ray detection device that detects γ-rays generated when the light disappears. In this case as well, Cherenkov light is the start signal and γ-ray is the stop signal.

前記被測定試料は、不透明であってもよい。スタート信号としてチェレンコフ発光体中で発生したチェレンコフ光を検出するためである。   The sample to be measured may be opaque. This is to detect Cherenkov light generated in the Cherenkov luminous body as a start signal.

本発明の陽電子寿命測定装置は、前記γ線検出装置は、複数のγ線検出手段を有してもよい。あるいは、2つの前記γ線検出手段が、前記被測定試料を挟んで対向する位置に配置されてもよい。   In the positron lifetime measuring apparatus according to the present invention, the γ-ray detection device may include a plurality of γ-ray detection means. Alternatively, the two γ-ray detection means may be arranged at positions facing each other with the sample to be measured interposed therebetween.

本発明の陽電子寿命測定装置は、前記光検出装置及び前記γ線検出装置が検出した波形信号をデジタル化するデジタル化手段と、前記デジタル化した波形信号を処理して時間スペクトルを得る波形解析手段と、を有し得る。デジタル化手段はデジタルオシロスコープであってよく、波形解析手段はパーソナルコンピュータによるソフトウエア解析であってよい。   The positron lifetime measuring apparatus of the present invention includes a digitizing means for digitizing a waveform signal detected by the photodetecting device and the γ-ray detecting device, and a waveform analyzing means for processing the digitized waveform signal to obtain a time spectrum. And can have. The digitizing means may be a digital oscilloscope, and the waveform analyzing means may be software analysis by a personal computer.

本発明の陽電子寿命測定装置は、前記時間スペクトルの時間分解能の半値幅は80ps以上180ps以下であることが望ましく、さらには80ps以上110ps以下であることが望ましい。   In the positron lifetime measuring apparatus of the present invention, the half width of the time resolution of the time spectrum is preferably 80 ps or more and 180 ps or less, more preferably 80 ps or more and 110 ps or less.

本発明の陽電子寿命方法は、陽電子を被測定試料に入射させるステップと、前記被測定試料中に前記陽電子が入射された際に発生するチェレンコフ光を検出するステップと、前記陽電子が前記被測定試料中で消滅する際に発生するγ線を検出するステップと、を含む。本発明において、前記被測定試料は透明である。   The positron lifetime method of the present invention includes a step of causing a positron to enter the sample to be measured, a step of detecting Cherenkov light generated when the positron is incident on the sample to be measured, and the positron being the sample to be measured. Detecting γ-rays that are generated when they disappear. In the present invention, the sample to be measured is transparent.

以下、本明細書において、上記本発明の陽電子寿命方法を「内部チェレンコフトリガ法」という。   Hereinafter, in the present specification, the positron lifetime method of the present invention is referred to as an “internal Cherenkov trigger method”.

本発明の陽電子寿命方法は、陽電子をチェレンコフ発光体に入射させるステップと、前記チェレンコフ発光体中に前記陽電子が入射された際に発生するチェレンコフ光を検出するステップと、前記チェレンコフ発光体を通過した前記陽電子が、前記被測定試料中で消滅する際に発生するγ線を検出するステップと、を含み得る。   The positron lifetime method of the present invention includes a step of causing a positron to enter a Cherenkov emitter, a step of detecting Cherenkov light generated when the positron is incident on the Cherenkov emitter, and a passage through the Cherenkov emitter. Detecting γ-rays generated when the positrons disappear in the sample to be measured.

以下、本明細書において、上記本発明の陽電子寿命方法を「外部チェレンコフトリガ法」という。外部チェレンコフトリガ法においては、前記被測定試料は不透明であってもよく、前記チェレンコフ発光体は透明物質で形成される。   Hereinafter, in the present specification, the positron lifetime method of the present invention is referred to as “external Cherenkov trigger method”. In the external Cherenkov trigger method, the sample to be measured may be opaque, and the Cherenkov illuminator is formed of a transparent substance.

本発明の陽電子寿命測定装置を用いれば、陽電子線源と被測定試料を隔離して陽電子寿命を測定することができる。従って、被測定試料を高温などの特殊な環境中においても被測定試料中の陽電子寿命を測定することができる。   By using the positron lifetime measuring apparatus of the present invention, the positron lifetime can be measured by separating the positron beam source and the sample to be measured. Therefore, the positron lifetime in the sample to be measured can be measured even in a special environment such as a high temperature.

また、本発明の陽電子寿命測定装置による陽電子寿命の測定においては、時間分解能の半値幅が100ps乃至150psという極めて高い時間分解能を得ることができた。   Further, in the measurement of the positron lifetime by the positron lifetime measuring apparatus of the present invention, it was possible to obtain an extremely high time resolution with a half width of the time resolution of 100 ps to 150 ps.

また、本発明の陽電子寿命測定においては、従来のように陽電子線源内で陽電子が消滅して発生するγ線を捕捉することなくスタート信号を得ることができるので、ノイズの少ない、被測定試料中のみでの陽電子寿命の測定結果を得ることができる。   Further, in the positron lifetime measurement of the present invention, since a start signal can be obtained without capturing γ rays generated by annihilation of positrons in a positron beam source as in the prior art, there is little noise in the sample to be measured. The measurement result of the positron lifetime can be obtained only with this.

さらに、本発明の外部チェレンコフトリガ法による陽電子寿命測定においては、一定以上のエネルギーをもった陽電子のみがチェレンコフ光を発生し得るので、自動的に陽電子のエネルギーをある程度選別することができ、高精度の陽電子寿命測定を行なうことができる。
Furthermore, in the positron lifetime measurement by the external Cherenkov trigger method of the present invention, only a positron having a certain level or more of energy can generate Cherenkov light, so that the positron energy can be automatically selected to some extent, and high precision The positron lifetime can be measured.

本発明に係る陽電子寿命測定装置の実施形態を図面に基づき説明する。従来の技術として既に述べた要素には、以下で同じ呼称を用いるが、その詳細な図示又は説明は省略する。また、図面の符号についても、図面を通して共通するものについては、同一の符号を用いる。   An embodiment of a positron lifetime measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. The same designations are used below for the elements already described as the prior art, but detailed illustration or description thereof is omitted. Further, the same reference numerals are used for the same reference numerals throughout the drawings.

図1に示すように、本実施形態の陽電子寿命測定装置10は、陽電子線源12と、陽電子線源12との間に被測定試料18を挟んで配置された光検出装置14と、被測定試料18に陽電子線源12から入射された陽電子が、当該被測定試料18中で消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出装置105と、を備える。光検出装置14は、陽電子線源12から陽電子が被測定試料18中に入射された際に発生するチェレンコフ光を検出し、陽電子が被測定材料18に入射した時刻を得ることができる。従って、本実施形態においては、チェレンコフ光が上記スタート信号となり、γ線がストップ信号となる。   As shown in FIG. 1, the positron lifetime measuring apparatus 10 of the present embodiment includes a positron beam source 12, a photodetection device 14 having a measured sample 18 sandwiched between the positron beam source 12, and a measured object. A γ-ray detector 105 that detects γ-rays generated when the positrons incident on the sample 18 from the positron beam source 12 disappear in the sample 18 to be measured. The light detection device 14 can detect Cherenkov light generated when positrons are incident on the sample 18 to be measured from the positron beam source 12, and can obtain the time when the positrons are incident on the material 18 to be measured. Therefore, in this embodiment, Cherenkov light is the start signal and γ-ray is a stop signal.

ここでチェレンコフ光とは、ガラスや水のような透明な物質中を荷電粒子が通過するとき、当該荷電粒子の速度がその物質中での光速を超えた場合に、通過する荷電粒子が作る電磁場の作用で当該物質から発生する紫外光および可視光をいう。   Here, Cherenkov light is an electromagnetic field created by charged particles that pass through when a charged particle passes through a transparent substance such as glass or water and the velocity of the charged particle exceeds the speed of light in the substance. Refers to ultraviolet light and visible light generated from the substance.

被測定試料18は屈折率が大きく波長が短い光が内部を通過しやすい物質が好ましいが、特に限定されることはなく、例えばα−SiO、氷、ガラス、石英、ルーサイトなどの、チェレンコフ光が外部に取り出せる透明な物質であればよい。 The sample 18 to be measured is preferably a substance that allows light having a large refractive index and a short wavelength to easily pass through, but is not particularly limited. For example, α-SiO 2 , ice, glass, quartz, lucite, Cherenkov, etc. Any transparent material that can extract light to the outside may be used.

光検出装置14は、例えばMCP内蔵光電子増倍管を用い、被測定試料18中で陽電子の進行方向に発生したチェレンコフ光を捕捉する。光検出装置14は、1光子当たりの時間分解能が例えば30psと高く、光子の捕捉面が大きいものが望ましいが、特に限定されない。   The photodetection device 14 uses, for example, an MCP built-in photomultiplier tube, and captures Cherenkov light generated in the traveling direction of positrons in the sample 18 to be measured. The photodetection device 14 preferably has a high time resolution per photon of, for example, 30 ps and a large photon capturing surface, but is not particularly limited.

陽電子線源12は公知の装置であってよく、例えば68Ge線源をγ線シールドしたものを用いる。陽電子線源12は、高いエネルギーの陽電子を発生させ得る装置が好ましいが、22Naを用いた装置であってもよく、特に限定されない。 The positron beam source 12 may be a known device, for example, a 68 Ge beam source having a γ ray shield. The positron beam source 12 is preferably a device capable of generating high energy positrons, but may be a device using 22 Na and is not particularly limited.

γ線検出装置105もまた、公知の装置を用いることができ、例えば従来技術で図7に示したγ線検出装置105を用いることができるが、以下に図3のγ線検出装置205を用いて陽電子寿命の測定方法を説明する。   As the γ-ray detection device 105, a known device can be used. For example, the γ-ray detection device 105 shown in FIG. 7 can be used in the prior art, and the γ-ray detection device 205 shown in FIG. A method for measuring the positron lifetime will be described.

本実施形態の陽電子寿命測定方法は、陽電子線源12と、光検出装置14と、γ線検出装置205と、を備えた陽電子寿命測定装置10において、陽電子線源12から放射した陽電子を被測定試料18に入射させるステップと、光検出装置14が被測定試料18中に上記陽電子が入射された際に発生するチェレンコフ光を検出するステップと、上記陽電子が被測定試料18中で消滅する際に発生するγ線をγ線検出装置205が検出するステップと、を含む。本実施形態の陽電子寿命測定方法は、上記のように「内部チェレンコフトリガ法」とよぶ。   The positron lifetime measurement method of the present embodiment is a positron lifetime measurement apparatus 10 including a positron beam source 12, a light detection device 14, and a γ-ray detection device 205. A positron emitted from the positron beam source 12 is measured. A step of causing the light to enter the sample 18; a step of detecting the Cherenkov light generated when the light detection device 14 enters the positron into the sample 18 to be measured; and a step of annihilating the positron in the sample 18 to be measured. The γ-ray detecting device 205 detecting the generated γ-ray. As described above, the positron lifetime measurement method of this embodiment is referred to as an “internal Cherenkov trigger method”.

上述のように被測定試料18は透明物質である。   As described above, the sample 18 to be measured is a transparent substance.

本実施形態の陽電子寿命測定装置10は、光検出装置14及びγ線検出装置205が検出した波形信号をデジタル化するデジタルオシロスコープ(デジタル化手段)114と、デジタルオシロスコープ114がデジタル化した波形信号を処理して時間スペクトルを得るパーソナルコンピュータ(波形解析手段)118と、を有する   The positron lifetime measuring apparatus 10 of this embodiment includes a digital oscilloscope (digitizing means) 114 for digitizing waveform signals detected by the light detection device 14 and the γ-ray detection device 205, and a waveform signal digitized by the digital oscilloscope 114. And a personal computer (waveform analyzing means) 118 for obtaining a time spectrum by processing.

図3において、光検出装置14(例えばMCP内蔵光電子増倍管)と2つの光電子増倍管(以下「PMT」という。)112を略T字型に配置し、各光検出装置14とPMT112の出力に、例えばFETのボルテージフォロァ210,212,214をFETプローブとして設け、この出力をディスクリミネ−タ(以下「disc」という。)220,222,224を介して一致検出回路230に入力する。この一致検出回路230でdisc220とdisc222またはdisc224、あるいは3つのdisc220,222,224すべてのコインシデンスが取れた場合のみ、デジタルオシロスコープ114にトリガをかけて、光検出装置14とPMT112の出力が取り込まれるようにしている。   In FIG. 3, a photodetection device 14 (for example, a photomultiplier tube with a built-in MCP) and two photomultiplier tubes (hereinafter referred to as “PMT”) 112 are arranged in a substantially T shape, and each of the photodetection devices 14 and PMT112 is arranged. For example, FET voltage followers 210, 212, and 214 are provided as FET probes, and these outputs are input to the coincidence detection circuit 230 via discriminators (hereinafter referred to as “discs”) 220, 222, and 224. To do. Only when the coincidence detection of the disc 220 and the disc 222 or the disc 224 or all the three discs 220, 222, and 224 is obtained by the coincidence detection circuit 230, the digital oscilloscope 114 is triggered to capture the outputs of the light detection device 14 and the PMT 112. I have to.

光検出装置14は例えばMCP内蔵光電子増倍管であり、2つのPMT112は被測定試料18側にBaFなどのシンチレータを具えている。 The photodetection device 14 is, for example, an MCP built-in photomultiplier tube, and the two PMTs 112 are provided with a scintillator such as BaF 2 on the measured sample 18 side.

本実施形態の陽電子寿命測定装置10は、光検出装置14がスタート信号のチェレンコフ光を検出する時刻と、PMT112の少なくとも一方がストップ信号のγ線をほぼ同時(例えば100ns以内)に検知した場合のみ、デジタルオシロスコープ114がスタート信号とストップ信号の波形を取り込む。但し、このような一致検出回路230、disc220,222,224等は必須の構成要素ではなく、省略可能である。   The positron lifetime measuring apparatus 10 of this embodiment is only when the photodetection device 14 detects Cherenkov light as a start signal and at least one of the PMTs 112 detects γ rays of a stop signal almost simultaneously (for example, within 100 ns). The digital oscilloscope 114 takes in the waveforms of the start signal and the stop signal. However, the coincidence detection circuit 230, discs 220, 222, 224 and the like are not essential components and can be omitted.

その後、光検出装置14が得たスタート信号とPMT112が得たストップ信号は、従来技術で説明したようにパーソナルコンピュータ118において波形解析され、陽電子寿命測定を繰り返して被測定試料18中における陽電子寿命のヒストグラムおよび時間スペクトル曲線を得ることができる。   Thereafter, the start signal obtained by the photodetector 14 and the stop signal obtained by the PMT 112 are analyzed by the personal computer 118 as described in the prior art, and the positron lifetime measurement in the sample 18 to be measured is repeated by repeating the positron lifetime measurement. Histograms and time spectral curves can be obtained.

次に、図2を用いて、本発明に係る別の実施形態の陽電子寿命測定装置について以下に説明する。   Next, a positron lifetime measuring apparatus according to another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

本実施形態の陽電子寿命測定装置50は、陽電子線源12と、陽電子線源12に対向して配置されたチェレンコフ発光体16と、陽電子線源12から放射された陽電子がチェレンコフ発光体16中を通過する際に発生するチェレンコフ光を検出する光検出装置14と、チェレンコフ発光体16を介して陽電子線源12に対向して配置された被測定試料20中でチェレンコフ発光体16中を通過した陽電子が消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出装置105とを備えている。   The positron lifetime measuring apparatus 50 according to the present embodiment includes a positron beam source 12, a Cherenkov light emitter 16 disposed facing the positron beam source 12, and positrons emitted from the positron beam source 12 in the Cherenkov light emitter 16. A photodetection device 14 that detects Cherenkov light generated when it passes through, and a positron that has passed through the Cerenkov emitter 16 in a sample 20 to be measured that is disposed facing the positron beam source 12 via the Cherenkov emitter 16. And a γ-ray detection device 105 that detects γ-rays generated when annihilation disappears.

本実施形態においても、チェレンコフ光がスタート信号であり、γ線がストップ信号である。   Also in this embodiment, Cherenkov light is a start signal and γ rays are stop signals.

本実施形態と上記実施形態の異なるところは、陽電子線源12と被測定試料20間にチェレンコフ発光体16を配置することである。チェレンコフ発光体16は、透明な板である。チェレンコフ発光体16は、チェレンコフ光が発生しやすいように屈折率が大きく、波長が短い光が内部を通過しやすい物質が好ましいが、特に限定されることはなく、例えばアクリル、氷、ガラス、石英などの透明物質が用いられる。チェレンコフ光は陽電子が入射した方向に進むので、チェレンコフ発光体16の被測定試料20側をアルミ箔などの反射膜で覆って(図示せず)、チェレンコフ光をMCP内蔵光電子増倍管などの光検出装置14の方向へ反射させる。   The difference between the present embodiment and the above embodiment is that a Cherenkov luminous body 16 is disposed between the positron source 12 and the sample 20 to be measured. Cherenkov luminous body 16 is a transparent plate. The Cerenkov luminous body 16 is preferably a substance having a large refractive index and a short wavelength so that Cherenkov light is easily generated, but is not particularly limited. For example, acrylic, ice, glass, quartz Transparent materials such as are used. Since the Cherenkov light travels in the direction in which the positrons are incident, the measured sample 20 side of the Cherenkov light emitter 16 is covered with a reflective film such as an aluminum foil (not shown), and the Cherenkov light is light such as a photomultiplier tube with a built-in MCP. Reflect in the direction of the detection device 14.

ところで、チェレンコフ発光体16中でチェレンコフ光を発生させることができる陽電子のエネルギーは一定以上に限られる。従って本実施形態においては、チェレンコフ発光体16を選択することにより、一定以上の高速度で被測定試料18中に入射した陽電子のみにスタート信号を発生させることができる。そのため従来(特許文献2、3)のように、低速の入射陽電子を排除する必要がなくなり、自動的に速度のそろった入射陽電子を選別することができる。   By the way, the energy of the positron that can generate Cherenkov light in the Cherenkov luminous body 16 is limited to a certain level or more. Therefore, in the present embodiment, by selecting the Cherenkov illuminant 16, it is possible to generate a start signal only for the positrons incident on the sample 18 to be measured at a high speed of a certain level or higher. Therefore, unlike the prior art (Patent Documents 2 and 3), it is not necessary to exclude low-speed incident positrons, and it is possible to automatically select incident positrons with uniform speed.

また、上記実施形態と異なり、本実施形態において被測定試料20は不透明であってよい。チェレンコフ光は、陽電子線源12と被測定試料20間に配置されたチェレンコフ発光体16で発生されるため、被測定試料20から取り出す必要がないからである。本実施形態においては、被測定試料20からは、陽電子が消滅する際に発生するγ線のみ検出できればよい。   Further, unlike the above embodiment, in the present embodiment, the sample 20 to be measured may be opaque. This is because Cherenkov light is generated by the Cherenkov light emitter 16 disposed between the positron beam source 12 and the sample 20 to be measured, and thus does not need to be extracted from the sample 20 to be measured. In the present embodiment, it is only necessary to detect only the γ rays generated when the positrons disappear from the sample 20 to be measured.

陽電子線源12から放出された陽電子は、まずチェレンコフ発光体16中に入射し、一定以上のエネルギーで入射した陽電子はチェレンコフ発光体16中でチェレンコフ光を発生させる。チェレンコフ光は、チェレンコフ発光体16の前方の反射膜で反射され、MCP内蔵光電子増倍管などの光検出装置14により検出される。チェレンコフ発光体16および反射膜を通過した陽電子は被測定試料20に入射し、被測定試料20中で消滅する際に発生するγ線をγ線検出装置105で検出する。   The positron emitted from the positron beam source 12 first enters the Cherenkov light emitter 16, and the positron incident at a certain energy or more generates Cherenkov light in the Cherenkov light emitter 16. The Cherenkov light is reflected by a reflective film in front of the Cherenkov light emitter 16 and detected by a light detection device 14 such as an MCP built-in photomultiplier tube. The positrons that have passed through the Cherenkov illuminant 16 and the reflecting film are incident on the sample 20 to be measured, and γ-rays generated when they disappear in the sample 20 to be measured are detected by the γ-ray detector 105.

本実施形態の陽電子寿命測定装置50において用いる、陽電子線源12、光検出装置14、γ線検出装置105は、基本的に上記実施形態で説明した装置と同様でよい。   The positron beam source 12, the light detection device 14, and the γ-ray detection device 105 used in the positron lifetime measuring device 50 of this embodiment may be basically the same as the device described in the above embodiment.

また本実施形態の陽電子寿命測定方法も、上記のようにチェレンコフ発光体16中で発生したチェレンコフ光を反射させて光検出装置14により検出させる以外は上記実施形態の陽電子寿命測定方法と同様である。すなわち、陽電子線源12と、光検出装置14と、γ線検出装置105とを備えた陽電子寿命測定装置50において、陽電子線源12から放射した陽電子をチェレンコフ発光体16に入射させるステップと、光検出装置14がチェレンコフ発光体16中に陽電子が入射された際に発生するチェレンコフ光を検出するステップと、チェレンコフ発光体16を通過した上記陽電子が被測定試料20中で消滅する際に発生するγ線をγ線検出装置105が検出するステップと、を含む。本実施形態の陽電子寿命測定方法は、上記のように「外部チェレンコフトリガ法」とよぶ。   The positron lifetime measurement method of this embodiment is the same as the positron lifetime measurement method of the above embodiment except that the Cherenkov light generated in the Cherenkov light emitter 16 is reflected and detected by the photodetector 14 as described above. . That is, in the positron lifetime measuring device 50 provided with the positron beam source 12, the light detection device 14, and the γ-ray detection device 105, the step of causing the positron emitted from the positron beam source 12 to enter the Cherenkov emitter 16, The detection device 14 detects Cherenkov light generated when positrons are incident on the Cherenkov illuminant 16, and γ generated when the positrons that have passed through the Cherenkov illuminant 16 disappear in the sample 20 to be measured. Detecting a line by the γ-ray detection device 105. The positron lifetime measurement method of this embodiment is called “external Cherenkov trigger method” as described above.

上記実施形態で説明したγ線検出装置205を用いてもよく、光検出装置14が得たスタート信号とPMT112が得たストップ信号の波形解析を行い、陽電子寿命測定を繰り返して被測定試料20中における陽電子寿命の時間スペクトル曲線を得ることができる。   The γ-ray detection device 205 described in the above embodiment may be used. Waveform analysis of the start signal obtained by the light detection device 14 and the stop signal obtained by the PMT 112 is performed, and the positron lifetime measurement is repeated in the sample 20 to be measured. A time spectrum curve of the positron lifetime at can be obtained.

以上、本発明の陽電子寿命測定装置および陽電子寿命測定方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態およびその他の実施例に限定されるものではない。図3においてγ線検出装置205は、2つのPMT(γ線検出手段)112が被測定試料118(18,20)を挟んで対向する位置に配置されるが、1または3個以上のPMT(γ線検出手段)を有してもよい。被測定試料18、20等の周辺にPMTを多く配置する方が時間当たりの陽電子寿命測定回数が増加し、効率良く測定を行なうことができる。   As mentioned above, although embodiment of the positron lifetime measuring apparatus and positron lifetime measuring method of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment and another Example. In FIG. 3, the γ-ray detection device 205 is arranged at a position where two PMTs (γ-ray detection means) 112 face each other with the sample 118 (18, 20) to be measured interposed therebetween, but one or three or more PMTs ( (γ-ray detection means). The more PMTs are arranged around the specimens 18 and 20 to be measured, the number of times of positron lifetime measurement per hour increases, and the measurement can be performed efficiently.

また、本発明の陽電子寿命測定装置10,50は、デジタルオシロスコープ114またはデジタイザ116等を用いてPMT112からの信号をデジタル化したが、特にこのような限定は必要ではない。シンチレータ110、111はBaFに限定されず他の種類のシンチレータを使用してもよく、デジタルオシロスコープ114に代えてアナログのコンスタント・フラクション・ディスクリミネ−タ(CFD)などのタイミングディスクリミネ−タ、時間差波高変換機(TAC)、マルチ・チャンネル・アナライザー(MCA)により構成してもよい。 In addition, although the positron lifetime measuring apparatuses 10 and 50 of the present invention digitize the signal from the PMT 112 using the digital oscilloscope 114 or the digitizer 116, such a limitation is not particularly required. The scintillators 110 and 111 are not limited to BaF 2 , and other types of scintillators may be used, and a timing discriminator such as an analog constant fraction discriminator (CFD) is used instead of the digital oscilloscope 114. A time difference wave height converter (TAC), or a multi-channel analyzer (MCA).

その他、本発明の陽電子寿命測定装置は、陽電子線源12、光検出装置14の種類も特に限定されず、チェレンコフ発光体16、反射膜、被測定試料を形成する物質も上記の範囲で特に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
In addition, in the positron lifetime measuring apparatus of the present invention, the types of the positron beam source 12 and the photodetector 14 are not particularly limited, and the substances that form the Cherenkov emitter 16, the reflective film, and the sample to be measured are also particularly limited within the above range. However, the present invention can be implemented in variously modified, modified, and modified forms based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.

図1に示す本発明の陽電子寿命測定装置10により陽電子寿命測定を行なった(内部チェレンコフトリガ法)。陽電子線源12として68Ge線源をγ線シールドしたもの、光検出装置14としてMCP内蔵光電子増倍管、シンチレータ110は28φ×10mmのBaF、被測定試料はα−SiOを用いた。デジタルオシロスコープ114にはLeCroy社製のWavePro7100を、光電子増倍管(PMT)112には浜松フォトニクス製H3378を使用した。 Positron lifetime measurement was performed by the positron lifetime measuring apparatus 10 of the present invention shown in FIG. 1 (internal Cherenkov trigger method). A 68 Ge ray source shielded with γ rays as the positron source 12, an MCP built-in photomultiplier tube as the photodetection device 14, BaF 2 of 28φ × 10 mm as the scintillator 110, and α-SiO 2 as the sample to be measured. For the digital oscilloscope 114, WavePro 7100 manufactured by LeCroy was used, and for the photomultiplier tube (PMT) 112, H3378 manufactured by Hamamatsu Photonics was used.

陽電子線源12と被測定試料18間の距離は20mm、被測定試料18と光検出装置14間の距離は20mmとし、2つのシンチレータ110間は40mmとして被測定試料18を挟んで対向させた。   The distance between the positron beam source 12 and the sample 18 to be measured was 20 mm, the distance between the sample 18 to be measured and the photodetection device 14 was 20 mm, and the distance between the two scintillators 110 was 40 mm.

図3に示すγ線検出装置205を用いて、上記の実施形態に記載のように被測定試料18中における陽電子寿命の測定を行い、図4のような陽電子寿命の時間スペクトルを得た。   Using the γ-ray detector 205 shown in FIG. 3, the positron lifetime in the sample 18 to be measured was measured as described in the above embodiment, and a time spectrum of the positron lifetime as shown in FIG. 4 was obtained.

図4の陽電子寿命スペクトルにおいて、横軸はチャンネルであり、1チャンネルが10psに対応する。縦軸はそのチャンネルにおけるカウント数(イベント数)である。ピーク付近から右方向の傾斜が陽電子の寿命を表す。ピークが鋭いほど装置の性能がよいことになる。上記のように、ピークの幅と陽電子の崩壊曲線をデータに最小自乗法でフィッティングして、装置の時間分解能(半値幅)τresと陽電子の寿命τが求まる(数1参照)。 In the positron lifetime spectrum of FIG. 4, the horizontal axis is a channel, and one channel corresponds to 10 ps. The vertical axis represents the count number (number of events) in the channel. The slope in the right direction from near the peak represents the lifetime of the positron. The sharper the peak, the better the performance of the device. As described above, the peak width and the decay curve of the positron are fitted to the data by the method of least squares, and the time resolution (half width) τ res and the positron lifetime τ 1 of the device are obtained (see Equation 1).

本実施例においては、時間分解能(半値幅)τresとして108psと、従来の陽電子寿命測定装置と比べて大変よい時間分解能が得られた。
In this example, the time resolution (half width) τ res was 108 ps, which was very good time resolution as compared with the conventional positron lifetime measuring apparatus.

図2に示す本発明の陽電子寿命測定装置50を用いて、外部チェレンコフトリガ法より陽電子寿命測定を行なった。陽電子線源12、光検出装置14、シンチレータ110、デジタルオシロスコープ114、および光電子増倍管(PMT)112には実施例1と同一の装置を用いた。チェレンコフ発光体16はアクリル板を用い、被測定試料18側をアルミ箔で覆って反射膜とした。   The positron lifetime measurement was performed by the external Cherenkov trigger method using the positron lifetime measuring apparatus 50 of the present invention shown in FIG. For the positron beam source 12, the light detection device 14, the scintillator 110, the digital oscilloscope 114, and the photomultiplier tube (PMT) 112, the same devices as those in Example 1 were used. The Cherenkov luminous body 16 was an acrylic plate, and the sample 18 to be measured was covered with an aluminum foil to form a reflective film.

また、陽電子線源12とチェレンコフ発光体16間の距離は10mm、チェレンコフ発光体16と被測定試料18間の距離は10mmと、光検出装置14とチェレンコフ発光体16間の距離は20mmとし、2つのシンチレータ110間は40mmとして被測定試料20を挟んで対向させた。   The distance between the positron source 12 and the Cherenkov emitter 16 is 10 mm, the distance between the Cherenkov emitter 16 and the sample 18 to be measured is 10 mm, and the distance between the light detector 14 and the Cherenkov emitter 16 is 20 mm. The two scintillators 110 were opposed to each other with a measured sample 20 sandwiched between 40 mm.

被測定試料20として、アニ−ルを行なわない状態のCuと、これをアニ−ルしたCuとを用いた。両被測定試料20について被測定試料20中における陽電子寿命の測定を行い、それぞれ図5、図6のような陽電子寿命の時間スペクトルを得た。   As the sample 20 to be measured, Cu without annealing and Cu annealed were used. The positron lifetimes in the sample 20 to be measured were measured for both of the samples 20 to be measured, and time spectra of positron lifetimes as shown in FIGS. 5 and 6 were obtained.

図5は前者のアニ−ルを行なわない状態のCu中の陽電子寿命スペクトルである。陽電子寿命τとして193±2ps、時間分解能(半値幅)τresとして150psを得た。 FIG. 5 is a positron lifetime spectrum in Cu without the former annealing. A positron lifetime τ 1 of 193 ± 2 ps and a time resolution (half width) τ res of 150 ps were obtained.

また、図6は後者のアニ−ルしたCu中の陽電子寿命スペクトルである。陽電子寿命τとして154±3ps、時間分解能(半値幅)τresとして144psを得た。
FIG. 6 is a positron lifetime spectrum in the latter annealed Cu. A positron lifetime τ 1 of 154 ± 3 ps and a time resolution (half width) τ res of 144 ps were obtained.

以上のように、本発明の陽電子寿命測定装置をもちいて、内部チェレンコフトリガ法では110ps以下の、外部チェレンコフトリガ法では150ps以下の、何れも非常に優れた時間スペクトルの時間分解能の半値幅を得ることができた。内部チェレンコフトリガ法を用いれば、被測定試料20の選定や、装置の高性能化により、さらに80ps程度の時間分解能の半値幅が期待できる。以下表1に、本願発明の陽電子寿命測定方法(内部チェレンコフトリガ法及び外部チェレンコフトリガ法)と、上記従来例の陽電子寿命測定方法を比較する。   As described above, using the positron lifetime measuring apparatus of the present invention, the half-width of the time resolution of the time spectrum of the time spectrum of 110 ps or less in the internal Cherenkov trigger method and 150 ps or less in the external Cherenkov trigger method is excellent. I was able to. If the internal Cherenkov trigger method is used, a half-value width with a time resolution of about 80 ps can be expected by selecting the sample 20 to be measured and improving the performance of the apparatus. Table 1 below compares the positron lifetime measurement method of the present invention (internal Cherenkov trigger method and external Cherenkov trigger method) and the above-described conventional positron lifetime measurement method.

Figure 2007178329
Figure 2007178329

表1より明らかなように、本発明の陽電子寿命測定装置は、陽電子寿命スペクトルの時間分解能(半値幅)、装置の大きさ及びコスト、特殊環境における測定、密封線源の使用可能と、何れの観点からも優れた装置であることがわかる。   As is clear from Table 1, the positron lifetime measuring apparatus of the present invention has any one of the positron lifetime spectrum time resolution (half-value width), the size and cost of the apparatus, the measurement in a special environment, and the use of a sealed line source. From the viewpoint, it is understood that the apparatus is excellent.

本発明に係る技術は、原子空孔、転位などの結晶中の欠陥の存否やその位置を検知する陽電子寿命測定装置として有益である。また、被測定試料中のポジトロニウムの検知および評価、あるいはポリマーの自由体積測定等に利用できる。   The technique according to the present invention is useful as a positron lifetime measuring apparatus for detecting the presence or position of defects in crystals such as atomic vacancies and dislocations and their positions. Further, it can be used for detection and evaluation of positronium in a sample to be measured, or measurement of free volume of a polymer.

本発明の実施形態に係る、内部チェレンコフトリガ法を行なう陽電子寿命測定装置の要部を示す平面図。The top view which shows the principal part of the positron lifetime measuring apparatus which performs the internal Cerenkov trigger method based on embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る、内部チェレンコフトリガ法を行なう陽電子寿命測定装置の要部の平面図。The top view of the principal part of the positron lifetime measuring apparatus which performs the internal Cerenkov trigger method based on other embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る陽電子寿命測定装置の全体を示す平面概念図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The plane conceptual diagram which shows the whole positron lifetime measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 内部チェレンコフトリガ法による、α−SiO中の陽電子寿命スペクトルである。By internal Cerenkov trigger method, a positron lifetime spectra in alpha-SiO 2. 外部チェレンコフトリガ法による、アニ−ルを行なわない状態のCu中の陽電子寿命スペクトルである。It is a positron lifetime spectrum in Cu in the state which does not anneal by the external Cherenkov trigger method. 外部チェレンコフトリガ法による、アニ−ルしたCu中の陽電子寿命スペクトルである。It is a positron lifetime spectrum in annealed Cu by the external Cherenkov trigger method. 従来の陽電子寿命測定装置の平面概念図。The plane conceptual diagram of the conventional positron lifetime measuring apparatus. 22Naを用いた陽電子寿命測定装置の概念図。The conceptual diagram of the positron lifetime measuring apparatus using 22 Na. 光電子増倍管(PMT)の検知したγ線の波形。Waveform of γ rays detected by a photomultiplier tube (PMT). アニ−ルしたCu中の陽電子寿命スペクトル(ヒストグラム)。Positron lifetime spectrum (histogram) in annealed Cu.

符号の説明Explanation of symbols

10、50:本発明の陽電子寿命測定装置
12:陽電子線源
14:光検出装置
16:チェレンコフ発光体
18、20、122:被測定試料
100、200:従来の陽電子寿命測定装置
105、205:γ線検出装置
110、111:シンチレータ
112:光電子増倍管(PMT)
114:デジタルオシロスコープ
116:デジタイザ(ADC)
118:パーソナルコンピュータ(PC)
120:22Na陽電子線源
210:ディスクリネ−ター
212:一致検出回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 50: Positron lifetime measuring device 12 of this invention 12: Positron beam source 14: Photodetector 16: Cherenkov luminous body 18, 20, 122: Sample 100 to be measured 100, 200: Conventional positron lifetime measuring device 105, 205: γ Line detectors 110 and 111: Scintillator 112: Photomultiplier tube (PMT)
114: Digital oscilloscope 116: Digitizer (ADC)
118: Personal computer (PC)
120: 22 Na positron source 210: discriminator 212: coincidence detection circuit

Claims (11)

陽電子線源と、
前記陽電子線源との間に被測定試料を挟んで配置された光検出装置と、
前記被測定試料に前記陽電子線源から入射された陽電子が、該被測定試料中で消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出装置と、を備え、
前記光検出装置は、前記陽電子線源から前記陽電子が前記被測定試料中に入射された際に発生するチェレンコフ光を検出することを特徴とする陽電子寿命測定装置。
A positron source,
A photodetection device arranged with a sample to be measured between the positron source and
A γ-ray detector for detecting γ-rays generated when the positrons incident on the sample to be measured are extinguished in the sample to be measured, and
The photodetection device detects a Cherenkov light generated when the positron is incident on the sample to be measured from the positron beam source.
前記被測定試料は透明である、請求項1に記載された陽電子寿命測定装置。 The positron lifetime measuring apparatus according to claim 1, wherein the sample to be measured is transparent. 陽電子線源と、
前記陽電子線源に対向して配置されたチェレンコフ発光体と、
前記陽電子線源から放射された陽電子が、前記チェレンコフ発光体中を通過する際に発生するチェレンコフ光を検出する光検出装置と、
前記チェレンコフ発光体を介して前記陽電子線源に対向して配置された被測定試料中で、該チェレンコフ発光体中を通過した前記陽電子が消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出装置と、
を備えた陽電子寿命測定装置。
A positron source,
A Cherenkov emitter disposed opposite the positron source;
A photodetection device that detects Cherenkov light generated when positrons emitted from the positron beam source pass through the Cherenkov luminous body;
A γ-ray detection device for detecting γ-rays generated when the positrons passing through the Cherenkov luminescent material disappear in a sample to be measured disposed opposite to the positron beam source via the Cherenkov luminescent material. When,
A positron lifetime measuring device with
前記被測定試料は不透明である、請求項3に記載された陽電子寿命測定装置。 The positron lifetime measuring apparatus according to claim 3, wherein the sample to be measured is opaque. 前記γ線検出装置は、複数のγ線検出手段を有する請求項1乃至請求項4に記載された陽電子寿命測定装置。 The positron lifetime measuring apparatus according to claim 1, wherein the γ-ray detection apparatus includes a plurality of γ-ray detection means. 2つの前記γ線検出手段が、前記被測定試料を挟んで対向する位置に配置された請求項5に記載された陽電子寿命測定装置。 The positron lifetime measuring apparatus according to claim 5, wherein the two γ-ray detection units are arranged at positions facing each other with the sample to be measured interposed therebetween. 前記光検出装置及び前記γ線検出装置が検出した波形信号をデジタル化するデジタル化手段と、
前記デジタル化した波形信号を処理して時間スペクトルを得る波形解析手段と、
を有する請求項1乃至請求項6に記載された陽電子寿命測定装置。
Digitizing means for digitizing the waveform signals detected by the light detection device and the γ-ray detection device;
Waveform analysis means for processing the digitized waveform signal to obtain a time spectrum;
The positron lifetime measuring apparatus according to claim 1, comprising:
前記時間スペクトルの時間分解能の半値幅は80ps以上180ps以下である、請求項7に記載された陽電子寿命測定装置。 The positron lifetime measuring apparatus according to claim 7, wherein a half-value width of time resolution of the time spectrum is 80 ps or more and 180 ps or less. 前記時間スペクトルの時間分解能の半値幅は80ps以上110ps以下である、請求項7に記載された陽電子寿命測定装置。 The positron lifetime measuring apparatus according to claim 7, wherein a half-value width of time resolution of the time spectrum is not less than 80 ps and not more than 110 ps. 陽電子を放射させるステップと、
前記陽電子を被測定試料に入射させるステップと、
前記被測定試料中に前記陽電子が入射された際に発生するチェレンコフ光を検出するステップと、
前記陽電子が前記被測定試料中で消滅する際に発生するγ線を検出するステップと、
を含む陽電子寿命測定方法。
Emitting positrons; and
Making the positron incident on a sample to be measured;
Detecting Cherenkov light generated when the positron is incident on the sample to be measured;
Detecting γ-rays generated when the positrons disappear in the sample to be measured;
A positron lifetime measuring method including:
陽電子を放射させるステップと、
前記陽電子をチェレンコフ発光体に入射させるステップと、
前記チェレンコフ発光体中に前記陽電子が入射された際に発生するチェレンコフ光を検出するステップと、
前記チェレンコフ発光体を通過した前記陽電子が、前記被測定試料中で消滅する際に発生するγ線を検出するステップと、
を含む陽電子寿命測定方法。

Emitting positrons; and
Making the positron incident on a Cherenkov emitter;
Detecting Cherenkov light generated when the positron is incident on the Cherenkov luminous body;
Detecting γ-rays that are generated when the positron that has passed through the Cherenkov luminescent material disappears in the sample to be measured;
A positron lifetime measuring method including:

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