一种研究物质微观结构的方法。正电子是电子的反粒子,两者除电荷符号相反外,其他性质（静止质量、电荷的电量、自旋）都相同。正电子进入物质在短时间内迅速慢化到热能区,同周围媒质中的电子相遇而湮没,全部质量(对应的能量为2meс2)转变成电磁辐射──湮没γ光子（见电子对湮没）。50年代以来对低能正电子同物质相互作用的研究，表明正电子湮没特性同媒质中正电子-电子系统的状态、媒质的电子密度和电子动量有密切关係。随着亚纳秒核电子学技术、高解析度角关联测量技术以及高能量解析度半导体探测器的发展，可以对正电子的湮没特性进行精细的测量，从而使正电子湮没方法的研究和套用得到迅速发展。现在，正电子湮没谱学已成为一种研究物质微观结构的新手段。

实验测量方法主要有正电子寿命测量、湮没γ角关联测量和湮没谱线都卜勒增宽测量三类。

通常用22Na作正电子源,源强为几微居里到几十微居里。测量设备类似核能谱学中常用的符合系统，称之为正电子寿命谱仪（见彩图），图1是快-快符合系统方框图。谱仪时间解析度一般为3×10-10s左右，最好的已达1.7×10-10s。 　22Na放射的正电子入射到测试样品中,同其中的电子发生湮没,放出γ射线。用1.27MeV的γ光子标誌正电子的产生,并作为起始信号,511keV的湮没辐射γ光子标誌正电子的“死亡”，并作为终止信号。两个信号之间的时间就是正电子的寿命。在凝聚态物体中，自由正电子湮没的平均寿命在(1～5)×10-10s範围内。

图2是一维长狭缝角关联测量系统示意图。正电子源通常为64Cu、22Na、Co,测量时相对于固定探头以z方向为轴转动另一探头,测出符合计数率随角度的分布,就可以得到电子在某个方向上的动量分布。该方法要求高精度的机械设备和强源(几十毫居里的点源)，典型的角解析度为0.5mrad。有些工作採用多探测器系统可作两维动量分布的测量。

使用高能量解析度Ge(Li)或高纯锗半导体探测器，测量湮没辐射的能谱。能量解析度可达1keV（对85Sr,514keV的γ射线）左右。这种方法的优点是只需用几微居里的弱源，获取数据快，适用于动态研究。缺点是获取的数据粗糙，对湮没电子动量的分辨不如角关联实验好，典型情况下差四倍。
正电子湮没技术可用来研究物质微观结构及其变化。在固体物理中套用最广泛。可用来研究晶体缺陷（空位、位错和辐照损伤等），固体中的相变，金属有序－无序相变等。
在无损检验中可用来探测机械部件(如轮机叶片、飞机起落装置)的疲劳损伤,可在小裂缝出现之前作出预报。在化学中可用于研究有机化合物的化学反应，鉴定有机物结构中的碳正离子，研究聚合物的微观结构等。在生物学中，研究生物大分子在溶液中的结构。医学上，用正电子发射断层扫瞄器，可得到人的心脏、脑和其他器官的断面图像，研究它们的新陈代谢过程，作出疾病的早期诊断及肿瘤的早期发现。（见彩图）　电子偶素作为惟一的轻子体系，是验证量子电动力学的一个理想的体系。

自从1930年由英国物理学家P. Dirac从理论上预言了正电子的存在，以及1932年美国物理学家C.D.Anderson在宇宙射线中发现了正电子的存在以后[1]，正电子湮没谱学(Positron Annihilation Spectroscopy，PAS)首先在固体物理中得到了套用，并在六十年代后期得到了飞速发展。它已在材料科学，特别是缺陷研究和相变研究中发挥了重大的作用。

正电子是电子的反粒子，除所带电荷与电子相等，符号相反之外，其它特性均与电子相同。正电子进入物质后遇到电子会发生湮没，同时放射两个或三个湮没g光子。用核谱学方法探测这些湮没辐射光子，可以得到有关物质微观结构的信息[2]。利用正电子湮没谱学研究材料具有许多优点。它提供了一种非破坏性的探测手段，因为信息是由穿透材料湮没辐射所带出的。它不需要特殊的样品製备。另外，在某些套用中，它还可以做原位研究，如在升温过程中的化学反应动力学过程等等。实验证明，正电子湮没谱学是研究金属、半导体、高温超导体、高聚物等材料中的微观结构、电荷密度分布、电子动量密度分布极为灵敏的工具[3-4]。

正电子湮没实验方法有如下几种：

1)正电子湮没寿命谱；

2)正电子湮没辐射角关联谱；

3)都卜勒展宽谱；

4)慢正电子束技术。

1.正电子寿命测量

正电子谱学实验通常使用正电子源是Na，其衰变纲图如图3所示。伴随着正电子发射有一个起始信号，这就是生成核Ne退激时发出的1.28MeV的g光子。正电子在样品中湮没后发出的能量为0.511MeV的g光子是湮没事件的终止信号。正电子的寿命即为起始信号和终止信号之间的时间间隔，可用核电子学中的时间谱仪来测量。

正电子寿命谱仪有两种，即快--慢符合谱仪和快--快符合谱仪。快--慢符合谱仪比较複杂，且谱仪计数率比较低。近年来人们都採用快--快符合谱仪，它具有调节方便，计数率高等优点。常用的快--快符合谱仪如图4所示，正电子源夹在两片相同的样品之间，并置于两探头中间。探头由BaF2晶体(或塑胶闪烁体)、光电倍增管XP2020Q及分压线路组成。恆比定时甄别器(CFDD)具有两种功能，既可以对所探测的g光子进行能量选择，又可在探测到g光子时产生定时信号。调节CFDD(ORTEC 583) 的能窗，使两探头分别记录同一个正电子所发出的起始和终止信号--1.28MeV和0.511MeV的光子。时间幅度转换器TAC(ORTEC 566)将这两个信号之间的时间间隔转换为一个高度与之成正比的脉冲信号输入多道分析器MCA(ORTEC 919)。MCA所记录的即为正电子寿命谱。

2.都卜勒展宽谱

如前所述，电子--正电子对的运动会引起湮没辐射在能量上的都卜勒移动。用高能量分辨本领的固体探测器可以探测正电子湮没辐射的都卜勒展宽。图5示出了都卜勒展宽谱仪的实验装置。源--样品夹心结构与寿命测量中所用的相同。高纯锗探头测到的湮没信号经逐步放大后输入多道分析器MCA，得到湮没辐射的能谱。都卜勒展宽谱仪的计数率与角关联繫统相比差不多大一百倍，收谱时间短，一般用5mCi的正电子源测量一小时就足以满足统计精度。然而，缺点是此系统的解析度不够高。目前Ge探测器最好的能量分辨在511KeV处为1KeV，相当于4mrad的等效角解析度，这比角关联装置的解析度大约差一个数量级。另外，这种系统还会出现电子学稳定性问题，因此稳谱器是必不可少的。多道分析器(ORTEC 919)所带的数字稳谱器可以大大抑制系统的电子学漂移。

3. 慢正电子束技术（Slow Positron Beam）

前面所叙的常规正电子实验方法利用放射源发射正电子，其能量一般都较高，而且能量分布很宽。因此只能研究块状材料体内的平均信息。随着半导体技术不断发展，材料的尺寸已越来越小，由三维发展到两维、一微甚至零维。如何研究材料微区的结构信息已变得极为重要。

近年来发展的慢正电子束技术可以用于研究研究材料的表面和界面结构。高能正电子通过慢化体慢化后，再将其加速至所需要的能量，并利用电磁聚焦，这样就可以得到单能慢正电子束，其能量在0～几十keV特範围内连续可调。如果对慢正电子进行二次慢化和再聚焦，即可得到正电子微束，可进行扫描得到材料三微结构信息。目前利用这一方法研究的材料领域已由金属、半导体扩展到聚合物的领域，并取得了非常有意义的结果。

1.E. 塞格雷, 《核与粒子》, (沈子威等译), 科学出版社(1984)
2.王少阶, 《当代科技新学科》, (谢希德主编)重庆出版社,773(1993)
3.W.Brandt and A.Dupasquier(Eds.), Positron Solid-State Physics(North-
Holland, Amsterdam,1983)
4.A.Duspaquier and A.P.Mills jr.(eds) Positrons Spectroscopy of Solids
(Amsterdam, Oxford,Tokyo,Washington D.C.,1995)
5.P.J.Schulz and K.G.Lynn, Rev.Mod.Phys. 60,701(1988)
6.W.Brandt and R.Paulin, Phys.Rev.B15,2511(1977)
7.R.Paulin, in Ref.3, p565
8.P.A.M.Dirac, Proc. Camb. Phil. Soc., Math.Phys.Sci., 26, 361(1930)
9.L.I. Schiff, Quantum Mechanics, 3rd. ed(cgraw-Hill, Newyork,1961)
10.曾谨言,《量子力学》, 科学出版社(1984)