專利名稱:正電子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正電子源。
所述正電子源有大量的應(yīng)用，尤其在固體物理，材料科學(xué)和表面物理領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域中，對于許多應(yīng)用，高的計數(shù)率是非常重要的，例如，掃描正電子顯微鏡、根據(jù)植入深度或多普勒增寬的壽命測量、以及正電子湮沒誘導(dǎo)俄歇電子譜法(Positron annihilation inducedAuger E1ectron SpectroscopyPAES)。
本發(fā)明的其它應(yīng)用直接使用電子偶素原子(電子偶素指一個電子和一個正電子的束縛狀態(tài))。但是，產(chǎn)生電子偶素也需要大量的正電子。
本發(fā)明還可應(yīng)用于分子化學(xué)，以及更具體地，應(yīng)用于在具有高臨界溫度的超導(dǎo)材料中涉及的處理的確定。
本發(fā)明同樣可用于油畫和衣料的老化能力的確定。
而且，因?yàn)橐阎娮愉螞]對電子密度很敏感，所以本發(fā)明也可應(yīng)用于檢測材料中的缺陷。例如，當(dāng)材料熱膨脹時，可以檢測到這種電子密度的細(xì)小變化。因?yàn)榭昭?也就是晶體材料中晶格中的單個原子缺失造成的空位)的電子密度低，所以很容易檢測到它們?？捎^察到10-6(1ppm)量級的空穴原子位置的密度。
因?yàn)橛扇鄙僬娮拥纳涫治霾牧希牧弦訜岬胶芨叩臏囟??？昭ㄎ恢靡部梢栽谌魏螠囟认峦ㄟ^機(jī)械變形，噴射或者離子植入產(chǎn)生。
可調(diào)的正電子束能量是一種獲得薄層或者缺陷非均勻分布樣品結(jié)構(gòu)的深入信息的辦法，它可以得到10％的分辨率。
而且，微電子器件(例如MOS)的氧化物中的電場可用來使正電子在研究界面上發(fā)生偏移。
形成0.5納米量級空穴的空穴束可以很容易的通過多普勒增寬和正電子壽命的變化來觀測到。
觀測電子偶素的形成證實(shí)了較寬的空穴的存在，也可測定空穴的尺寸(大到20納米)。
對于更大的空穴，正交電子偶素(一種電子偶素的狀態(tài)，其中電子和正電子的旋轉(zhuǎn)反向平行)存活了足夠長時間可以分解為三個光子。這種情況下，光子的角度相關(guān)性使得多普勒增寬增加5倍。
請注意本發(fā)明所述正電子源還有其它的應(yīng)用，如-PRS(正電子再發(fā)射波譜學(xué))；-PAES(正電子湮沒誘導(dǎo)俄歇電子波譜學(xué))；-REPELS(再次發(fā)射的正電子能量損失波譜學(xué))；-LEPD(低能量正電子衍射)；-PIIDS(正電子誘導(dǎo)離子解吸附波譜學(xué))；-PALS(正電子湮沒壽命波譜學(xué))，所述技術(shù)在微電子學(xué)中極為重要；-VEPLS(可變能量正電子壽命波譜學(xué))；-PAS(正電子湮沒波譜學(xué))。
本發(fā)明尤其涉及低能量正電子束的產(chǎn)生，所述的電子束能量小于10兆電子伏特，瞬時強(qiáng)度大于1010個正電子每秒，以及優(yōu)選地大于1012個正電子每秒。例如，-耦合一個合適的捕獲阱來獲得能量小于10千電子伏特的低能量正電子束。
-與一個合適的捕獲阱相互作用來獲得電子偶素原子。
背景技術(shù)：
以高速率(大于1010每秒)產(chǎn)生低能量正電子和電子偶素“原子”對工業(yè)應(yīng)用很有必要，如，當(dāng)例如使用正電子湮沒波譜學(xué)(PositronAnnihilation SpectroscopyPAS)或者其它上述辦法時測量晶體或者有機(jī)材料的缺陷。
這些應(yīng)用主要使用22Na作為正電子束產(chǎn)生源。這些接觸源很適宜用來做實(shí)驗(yàn)室研究。但是它們最大的放射性大約是4×109Bq并且平均壽命只有2.6年。
當(dāng)然，存在一些放射性很小的生產(chǎn)正電子束的加速器。但是它們大都體積大而且安裝價格昂貴，因?yàn)槭褂玫碾娮幽芰砍３Ｊ菐资纂娮臃?，通常?00兆電子伏特。發(fā)射的正電子可能需要幾十兆電子伏特的能量。
而且，在工業(yè)應(yīng)用中有用的正電子需要的動能小于產(chǎn)生閥值的能量至少一千倍。按照慣例，很低效率的金屬減速劑(小于0.01)被用來減速正電子。
此外，怎么在被稱為Penning-Malmberg阱的裝置中捕獲正電子束已經(jīng)為人們熟知。一種改進(jìn)的裝置稱為Greaves-Surko阱，通過千倍地分割正電子束的散射散射來極大地增加了正電子束的亮度，其有效性量級為1。
Greaves-Surko阱可以從第一點(diǎn)科學(xué)公司(First PointScientific Company)購買。它們包含固體氖減速劑，效率接近1％。
這些捕獲阱非常有利于上面提到的應(yīng)用，并且因?yàn)檫@些阱的出現(xiàn)，這些應(yīng)用才被廣泛的使用，但是其中的正電子能量必須小于1兆電子伏特。
此外，已知四種技術(shù)可以產(chǎn)生正電子。這些技術(shù)使用放射性源(22Na)，核反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子流，串列式加速器(用于加速離子)，或者電子加速器。
現(xiàn)在我們來檢查這些技術(shù)的缺點(diǎn)。
目前，放射性源產(chǎn)生的正電子受限于圍繞材料的厚度。而且，這種源發(fā)射的正電子束的強(qiáng)度只有108e+/s量級，因此經(jīng)過減速劑后只有106e+/s量級。
利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子流提供了一種獲得短壽命的放射性源的方法。這種放射源能夠產(chǎn)生低能量的正電子。但是，這種技術(shù)因?yàn)樾枰朔磻?yīng)堆不能工業(yè)化。
一種已有技術(shù)的變種由以下部分構(gòu)成使用一個串列式加速器加速離子射向目標(biāo)靶，該目標(biāo)靶變得具有放射性并且發(fā)射出低能量的正電子。盡管串列式加速器比傳統(tǒng)的粒子加速器要小，它還是一個大而貴的裝置，它需要防輻射保護(hù)和一個維修基礎(chǔ)設(shè)施。
大的線性加速器，簡稱為Linacs，通過加速電子射向鎢或者鉭目標(biāo)靶，也可用于產(chǎn)生正電子。但是這些大的線性加速器是非常龐大和昂貴的裝置，并且沒有足夠多的數(shù)量來推動上述的的正電子應(yīng)用的發(fā)展。
讓我們重新考慮已知的相互作用腔，所述腔包含一個能通過和電子束相互作用產(chǎn)生正電子的目標(biāo)靶。
為了從電子(表示為e-)束產(chǎn)生正電子(表示為e+)，這些電子必須和目標(biāo)靶材料相互作用。于是電子發(fā)射X和γ光子，有時分解為電子對(e+e-)。
因?yàn)楫a(chǎn)生的正電子數(shù)量依賴于和目標(biāo)靶材料相互作用的電子數(shù)量，技術(shù)領(lǐng)域：
的熟練人員決定使用與大型線性加速器產(chǎn)生的相同強(qiáng)度的電子束。
因?yàn)殡娮邮a(chǎn)生的正電子e+數(shù)量和目標(biāo)靶的厚度成正比增長，技術(shù)領(lǐng)域：
的熟練人員將傾向于增加目標(biāo)靶的厚度。
但出現(xiàn)了兩個問題。
第一，X射線以熱能的形式在目標(biāo)靶上淀積能量。
第二，產(chǎn)生的正電子e+會被目標(biāo)材料捕獲并且在脫離目標(biāo)靶前湮滅。這種湮滅可根據(jù)兩種作用發(fā)生，稱為直接和電子碰撞或形成電子偶素原子。
自然地，技術(shù)領(lǐng)域：
的熟練人員將把厚的目標(biāo)靶和高能加速器聯(lián)合使用。
第二個問題對用于粒子物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生高能正電子e+(大于10兆電子伏特)的系統(tǒng)影響不大，因?yàn)楦吣芰康恼娮觘+不會湮滅，具體說它不會形成電子偶素。而且，工業(yè)應(yīng)用需要的正電子必須是很低的能量，在正電子產(chǎn)生到脫離目標(biāo)靶的途中形成電子偶素會損耗大量的正電子e+。
相反，第一個問題在高能量時變得很不利。對于給定量的目標(biāo)材料上淀積的熱量，一個100兆電子伏特的電子束發(fā)生器和一個10兆電子伏特的電子束發(fā)生器產(chǎn)生相同數(shù)量的“有用”正電子——能量小于或等于1兆電子伏特。
舉例說明，首先考慮已有技術(shù)，100兆電子伏特的加速器以90°角向1mm×1cm2的目標(biāo)靶發(fā)射電子，其次考慮本發(fā)明一個實(shí)施例提出的10兆電子伏特的加速器以3°角向50μm×1cm2的目標(biāo)靶發(fā)射電子。淀積相同的熱量在目標(biāo)靶上，產(chǎn)生相似數(shù)量的有用正電子e+，100兆電子伏特的電子束發(fā)生器將消耗50千瓦能量，而10兆電子伏特的電子束發(fā)生器只消耗10千瓦。相差的40千瓦被浪費(fèi)了，而且需要接收系統(tǒng)以熱能的形式導(dǎo)出。
為了利用產(chǎn)生的正電子中的大部分，一些大型裝置在目標(biāo)靶后面使用鎢減速片，可能還結(jié)合使用合適的電場，象美國加州的LawrenceLivermore國家實(shí)驗(yàn)室，丹麥奧爾胡斯大學(xué)的Ring StorageFacilities學(xué)院。但是，這種裝置吸收了大量的正電子，或者說，它限制了射束強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上面所述的缺點(diǎn)。
為此，本發(fā)明提供了一種正電子源，該正電子源包括產(chǎn)生電子束的裝置和目標(biāo)靶(28)，其中目標(biāo)靶包含一個大體平坦的表面，所述目標(biāo)靶被設(shè)計成以預(yù)定的入射角在該大體平坦的表面上接收電子束，其中該預(yù)定的入射角相對于該大體平坦的表面來計算，以及通過與該電子束相互作用來產(chǎn)生正電子，所述正電子源的特征在于，產(chǎn)生的電子束是連續(xù)的或者準(zhǔn)連續(xù)的，電子能量在10兆電子伏量級，目標(biāo)靶的厚度小于500μm，以及預(yù)定入射角小于10°。
根據(jù)本發(fā)明的一個正電子源的優(yōu)選實(shí)施例中，目標(biāo)靶的厚度在10μm到100μm范圍內(nèi)，預(yù)設(shè)的入射角在2°到5°的范圍內(nèi)。
優(yōu)選地，述產(chǎn)生電子束的裝置產(chǎn)生連續(xù)的射束，并且包含電子加速器(20)，所述電子加速器包含一個共軸的空腔，其中電子在與該空腔的軸線垂直的中間平面上穿過該空腔多次。
這種電子加速器被稱為“Rhodotron”(一種已注冊商標(biāo))，在下述文獻(xiàn)中有描述
相應(yīng)于US5107221A的FR2616032A。
在根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)例中，本發(fā)明還包括正電子和電子之間的分類裝置，其中電子沒有與該目標(biāo)靶相互作用，所述分類裝置包括-第一磁裝置(26)，其軸線靠近射束的軸線并且穿過該目標(biāo)靶的平面，這些第一磁裝置(26)被設(shè)計用來產(chǎn)生磁場，該磁場使得由該目標(biāo)靶發(fā)射的正電子分散，這些第一磁裝置被放置在距該目標(biāo)靶的輸入端合適的距離處；-四極磁體(30)，用于聚焦正電子射束，所述四極磁體的軸線和所述第一磁裝置的軸線相同，該四極磁體(30)被放置在該目標(biāo)靶的輸出端，以及該四極磁體(30)被設(shè)計來使正電子射束的截面成圓形，所述正電子射束從電子和該目標(biāo)靶相互作用區(qū)域輸出時是非常平坦的；-第一停止裝置(32)，位于該第一磁裝置(26)的軸線上并且在距該四極磁體(30)的輸出端足夠長的距離處，使得正電子聚焦成具有圓形截面的射束，所述第一停止裝置被設(shè)計用來阻止在電子束中沒有與該目標(biāo)靶相互作用的電子；-第二磁裝置(36)，其沿著與該第一磁裝置相同的軸線，放置在距該第一停止裝置(32)的輸出端合適的距離處，使得產(chǎn)生能夠使正電子會聚的磁場，所述的第一磁裝置和第二磁裝置共同作用來產(chǎn)生能夠防止這些正電子碰到第一停止裝置(32)的磁場。
根據(jù)本發(fā)明的正電子源的另一優(yōu)選實(shí)施例中，正電子源還包括捕獲裝置，所述的捕獲裝置用于捕獲目標(biāo)靶產(chǎn)生的正電子。
捕獲裝置包括減速劑和收集正電子的電磁裝置，其中減速劑用來使正電子減速。
這些捕獲裝置可以由Greaves-Surko阱構(gòu)成，請參考文獻(xiàn)R.Greaves and C.M.Surko，Nucl.Inst.Meth.B192(2002)90.
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的正電子源還可以包括-第二停止裝置，例如利用水循環(huán)冷卻的石墨墻。該裝置用于阻止電子束中沒有和目標(biāo)靶相互作用、并且到達(dá)了第二磁裝置和捕獲裝置之間區(qū)域的電子，防止這些電子到達(dá)捕獲裝置。
-引導(dǎo)正電子穿過第二停止裝置射向捕獲阱的裝置。



在閱讀了根據(jù)附圖的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，將更容易理解本發(fā)明，其中所述示例性實(shí)施例僅僅用于指導(dǎo)，而決非限定性的，在附圖中圖1A和圖1B是根據(jù)本發(fā)明的正電子源的一個特定實(shí)施例的示意圖；以及圖2是使用在圖1的正電子源中的目標(biāo)靶的示意性剖視圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明主要以薄的目標(biāo)靶和電子束的相互作用為基礎(chǔ)，其中目標(biāo)靶優(yōu)選鎢制成，以及電子束以掠入射直接打在該目標(biāo)靶上。
優(yōu)選地，目標(biāo)靶的厚度可在10μm到100μm范圍內(nèi)變化，例如等于50μm；電子束和目標(biāo)靶間的角度可以在2°到5°的范圍內(nèi)，例如等于3°。
本發(fā)明是一種通過低能量(10兆電子伏特)電子束產(chǎn)生低能量(小于1兆電子伏特)正電子的方法，其中低能量電子由操作在連續(xù)模式下的電子源發(fā)射。由于這種特性，電子源可以采用Rhodotron(已注冊商標(biāo))——一種小體積低消耗的工業(yè)機(jī)器(最大10kW射束功率)。
上面提到的兩個問題限制了已知系統(tǒng)生產(chǎn)正電子的生產(chǎn)能力。本發(fā)明通過減少淀積在目標(biāo)靶上的熱量來擴(kuò)展這些限制。最后，本發(fā)明能更高效率的收集生成的e+。
概略的說，在已知系統(tǒng)中，e-以相對目標(biāo)靶平面90°角發(fā)送(或者較大的角度，如45°)。在本發(fā)明中，e-以相對目標(biāo)靶平面的掠入射角發(fā)送，通常為是3°。這種獨(dú)特的構(gòu)造和已知系統(tǒng)相比有一些好處。

發(fā)明者觀測到對于同樣數(shù)量的穿過目標(biāo)靶的電子，當(dāng)入射角是3°時，溫度溫度升高小2.5倍；對于相同的等效厚度(直線橫跨距離相同)，在3°時至少生成相同數(shù)目的低能e+；當(dāng)升高相同的溫度，在3°情況下生成的e+數(shù)量大約是2倍。
現(xiàn)在，考慮生成的e+的收集效率。
一旦e+產(chǎn)生并從目標(biāo)靶中提取，它們必須從電子束中分離出來。因?yàn)殡娮邮哂泻芨吣芰浚褪占痚+的裝置不匹配。
而且，為了使用正電子e+，它們必須在空間聚集。在已有的系統(tǒng)中，這兩個限制是以大量損耗正電e+作代價獲得的。
再次，使用掠入射(如3°)射束射向薄的目標(biāo)靶可以高效率的收集正電子e+，把它們從電子e-中分離出來。其中薄目標(biāo)靶可以是50μm厚(等效厚度為1毫米)。
在掠入射時，電子e-在目標(biāo)靶上的大面積內(nèi)展開，而沒有生成的正電子e+聚集在大的區(qū)域上。正如從收集系統(tǒng)看到的，我們把正電子e+生成的區(qū)域稱為前表面(frontal surface)。
在3°時，對于一個20×20mm2的目標(biāo)靶，電子e-作用在靶上的前作用域(frontal interaction area)是1×20mm2。在90°角入射時，其前作用域?qū)⒋?0倍。因此，收集系統(tǒng)應(yīng)該覆蓋大20倍的區(qū)域。
在掠入射的結(jié)構(gòu)中，保持了正電子e+的發(fā)射角度和正電子能量之間的統(tǒng)計相關(guān)性。
具體地，因?yàn)橐占牡湍芰空娮觘+的發(fā)射角比電子e-高，利用這個角度的分離可以從穿過目標(biāo)靶的電子束中分離出正電子e+。
現(xiàn)在，我們結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的正電子源的一個實(shí)施例來介紹這兩個優(yōu)點(diǎn)。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的正電子源的實(shí)施例的示意圖，說明了一個產(chǎn)生和分離出低能量正電子e+(小于或者等于1兆電子伏特)的系統(tǒng)。
在圖中，該系統(tǒng)沿x軸方向依次包括以下各項(xiàng)-Rhodotron(已注冊商標(biāo))20，它用來輸出電子束22。所述電子束沿x’軸向傳播，將用于產(chǎn)生正電子e+。其中x’軸偏離x軸3°；-裝置24，用于成形和導(dǎo)向射束22；-第一磁線圈26，它的軸線和x軸重合；-鎢制薄板28，它的一個表面是電子束22掠入射的入射面。
這個薄板28構(gòu)成了電子束的目標(biāo)靶；-四極磁體30，用來將從薄板28出射的正電子聚焦在x軸上；-鎢制圓柱體32，用來阻止穿過薄板28的電子。
-第二磁線圈36，它的軸線和x軸重合；-石墨墻38，用來吸收剩余的電子，它通過水循環(huán)40冷卻；-螺線管42，它的軸線和x軸重合，通過鉆子44穿過墻38；所述螺線管也可以由一組和x軸共軸的磁線圈代替；-Greaves-Surko阱46，它配有減速劑48。
真空腔29提供了Rhodotron出射的電子和正電子傳播所在的真空環(huán)境。
圖2詳細(xì)說明了薄板28的方位，其中e表示了板的厚度。
圖2還定義了另外兩個軸，y軸和z軸，它們和圖1A及圖2中的x軸相互垂直正交。圖1B是圖1A中的實(shí)施例沿y軸的頂視圖。
薄板28在xy平面內(nèi)，電子束的傳播軌跡和薄板成很小的交角α，實(shí)施例中為3°的量級。
圖中，箭頭28a表示從目標(biāo)靶發(fā)射的正電子，箭頭28b表示穿過目標(biāo)靶沒有和它相互作用的電子。
線圈26的內(nèi)直徑是20cm，線圈內(nèi)流通80kA的電流。這個線圈在中心產(chǎn)生5.06T的磁場，并可能是有利的超導(dǎo)狀態(tài)。
鎢目標(biāo)靶30的厚度e是50μm。它位于線圈26中心點(diǎn)后面大約20厘米處。它的面積是3cm×3cm，但是只有2cm×2cm的中心部分截取電子。
四極磁體30包括由四個線圈構(gòu)成的磁極，其中線圈的入射面和x軸相距20cm。這些線圈由100個繞圈組成，其中每個繞圈流通20A的電流。磁體30位于離薄板28邊緣10cm處。
線圈36的內(nèi)直徑是100cm。這個線圈由1000個繞圈組成，其中每個繞圈流通20A的電流。這個線圈距離薄板28中心90cm。
螺線管42直徑略小于10cm，長100cm。它可以由一組直徑略小于10cm，相互間隔7cm的磁線圈代替。這些線圈每個都由100個繞圈組成，其中每個繞圈流通20A的電流。
螺線管或者導(dǎo)電線圈的作用是生成一個具有相當(dāng)均勻的低強(qiáng)度磁場的磁力線管，稱為出射管(exit tube)。
這個出射管的后10cm穿過石墨墻38，其中電子e-被石墨墻吸收，而被收集的正電子從出射管通過。
從Rhodotron出射的10兆電子伏特的電子束22的截面是個1mm×20mm的矩形，其中長邊(20cm)和目標(biāo)靶平面平行。所述電子束的射線軌跡和目標(biāo)靶平面成3°角。
目標(biāo)靶被放在超導(dǎo)線圈26的后面，因此從目標(biāo)靶出射的正電子e+處于一個分歧場中。這種結(jié)構(gòu)使帶有很低能量(幾萬電子伏特)的正電子e+沿x軸正向(前向)傳播。
小于1兆電子伏特的正電子e+優(yōu)先從大于45°的角度出射，并且被線圈26的磁力線捕獲而偏離x軸。線圈36的直徑比線圈26大3倍，電流小30倍，它形成一個輕微的匯聚場。
線圈36放在線圈26后面1.10米處，它只在離目標(biāo)靶80cm處才有明顯作用，因此沿著線圈26的磁力線遠(yuǎn)離x軸傳播的低能量正電子e+被線圈36的磁力線捕獲，再一次會聚向x軸方向。
這種先遠(yuǎn)離再會聚向x軸的軌跡使得低能量正電子e+繞過了鎢制圓柱32。所述鎢制圓柱32直徑2cm，長5cm，位于x軸上離目標(biāo)靶50cm處。
沒有形成電子對(e+e-)的電子能量在9兆電子伏特到10兆電子伏特之間。因此這些電子不會被線圈26和36的磁力線捕獲。這些電子的軌跡在入射到目標(biāo)靶前和x軸成3°角，穿過目標(biāo)靶后近似保持了錐形，其中錐形的軸線和x軸重合，頂角為3°的一半。
線圈26也使得電子束沿x軸旋轉(zhuǎn)了45°角，但是仍近似在這個錐形中，這點(diǎn)在選擇目標(biāo)靶方位時必須引起重視。從而，這些電子沿x軸向傳播每增加1米就偏離x軸5cm。
因?yàn)殡娮邮慕孛媸蔷匦危偃绮贿M(jìn)行阻擋，10％的電子將和系統(tǒng)產(chǎn)生的正電子混合。但是因?yàn)榫€圈26不使這些電子偏離x軸，它們將被鎢制圓柱阻擋住。
穿過線圈36后，正電子e+被導(dǎo)向磁力線出射管場(這是一個低強(qiáng)度的場)。線圈36和出射墻38間隔1米。
沒被鎢制圓柱體阻擋的電子在圓柱32在出射墻38上的投影范圍外，因此這些電子被墻38阻擋，其中墻38由石墨防護(hù)，水循環(huán)冷卻。
圖1A中的系統(tǒng)的效率可以用下面的數(shù)值來說明。
電子束攜帶10兆電子伏特的能量，強(qiáng)度為5mA，功率為50千瓦。從這50千瓦里面●目標(biāo)靶產(chǎn)生10W的電子對(e+e-)；●5千瓦被鎢制圓柱阻擋；●100瓦穿過出射管，分布半徑小于4cm；●350瓦穿過出射管，分布在距離x軸4cm到5cm的范圍內(nèi)；●剩下的(將近44.5瓦)被石墨墻阻擋；而且，按照測量從出射管導(dǎo)出的正電子e+數(shù)量除以產(chǎn)生的正電子e+數(shù)量的方法計算收集效率，對能量低于1兆電子伏特的正電子e+，收集效率大約是55％；對能量低于60萬電子伏特的正電子e+，收集效率大約是60％。
這個系統(tǒng)闡明了薄的目標(biāo)靶在掠入射結(jié)構(gòu)下的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗３至苏娮觘+的發(fā)射角和能量的相關(guān)性。沒有這種相關(guān)性，分離不可能實(shí)現(xiàn)。
而且，在這個結(jié)構(gòu)中，有可能使用小截面的射束(1mm×20mm)，否則發(fā)射的正電子e+過于分散，在出射端不能被高效的收集。
正電子的整個軌跡都在真空腔里面，其中的剩余壓力很小，優(yōu)選值小于100帕斯卡。因?yàn)樵诖髿鈮合?105帕斯卡)，將損耗65％的正電子e+，該計算考慮了散射的影響。在102帕斯卡量級的剩余壓力下，損耗小于千分之一。
權(quán)利要求
1.正電子源，該正電子源包括電子束產(chǎn)生裝置(20)和包含大體平坦的表面的目標(biāo)靶(28)，該目標(biāo)靶被設(shè)計成以預(yù)定的入射角在該大體平坦的表面上接收電子束，以及通過與該電子束相互作用來產(chǎn)生正電子，其中該預(yù)定的入射角是相對于該大體平坦表面計算的，該正電子源的特征在于產(chǎn)生的電子束是連續(xù)的或者準(zhǔn)連續(xù)的，電子能量在10兆電子伏的量級，該目標(biāo)靶的厚度小于500μm，以及該預(yù)定的入射角小于10°。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的正電子源，其中，所述目標(biāo)靶(28)的厚度在10μm到100μm范圍內(nèi)，以及所述預(yù)定的入射角在20到50的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或者2的正電子源，其中，所述電子束產(chǎn)生裝置產(chǎn)生連續(xù)的射束，并且包含電子加速器(20)，所述電子加速器包含一個共軸的空腔，其中在與該空腔的軸線垂直的中間平面上，電子多次穿過該空腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1到3中任意一項(xiàng)的正電子源，還包括正電子和電子之間的分類裝置，其中電子沒有與該目標(biāo)靶相互作用，所述分類裝置包括第一磁裝置(26)，其軸線靠近射束的軸線并且穿過該目標(biāo)靶的平面，這些第一磁裝置(26)被設(shè)計用來產(chǎn)生磁場，該磁場使得由該目標(biāo)靶發(fā)射的正電子分散，這些第一磁裝置被放置在距該目標(biāo)靶的輸入端合適的距離處；四極磁體(30)，用于聚焦正電子射束，所述四極磁體的軸線和所述第一磁裝置的軸線相同，該四極磁體(30)被放置在該目標(biāo)靶的輸出端，以及該四極磁體(30)被設(shè)計來使正電子射束的截面成圓形，所述正電子射束從電子和該目標(biāo)靶相互作用區(qū)域輸出時是非常平坦的；第一停止裝置(32)，位于該第一磁裝置(26)的軸線上并且在距該四極磁體(30)的輸出端足夠長的距離處，使得正電子聚焦成具有圓形截面的射束，所述第一停止裝置被設(shè)計用來阻止在電子束中沒有與該目標(biāo)靶相互作用的電子；第二磁裝置(36)，其沿著與該第一磁裝置相同的軸線，放置在該第一停止裝置(32)的輸出端距離該第一磁裝置合適的距離處，使得產(chǎn)生能夠使正電子會聚的磁場，所述的第一磁裝置和第二磁裝置共同作用來產(chǎn)生能夠防止這些正電子碰到第一停止裝置(32)的磁場。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1到4中任意一項(xiàng)的正電子源，還包括捕獲裝置(46)，用于捕獲該目標(biāo)靶產(chǎn)生的正電子；導(dǎo)向裝置(42)，用來引導(dǎo)這些正電子射向這些捕獲裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的正電子源，其中，所述捕獲裝置(46)包括Greaves-Surko阱。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4和權(quán)利要求
5～6中任意一項(xiàng)的正電子源，還包括第二停止裝置(38)，用于阻止電子束中沒有與該目標(biāo)靶相互作用的并且到達(dá)所述第二磁裝置和所述捕獲裝置之間區(qū)域的電子，以及阻止這些電子到達(dá)這些捕獲裝置；以及導(dǎo)向裝置(42)，用來引導(dǎo)正電子穿過這些第二停止裝置而射向所述捕獲裝置。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種正電子源，其尤其應(yīng)用于固體物理中。本創(chuàng)造性的正電子源包括一個薄的目標(biāo)靶(28)，該薄的目標(biāo)靶(28)接收掠入射的、連續(xù)的或準(zhǔn)連續(xù)的、大約10兆電子伏特的電子束(22)，并且借助于與所述電子束的相互作用而產(chǎn)生正電子。
文檔編號G21K1/00GKCN1759453SQ200480006672
公開日2006年4月12日 申請日期2004年3月9日
發(fā)明者帕特里斯·佩雷, 安德烈·羅索斯凱 申請人:原子能委員會導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan