[发明专利]用于液闪表征的正电子湮没寿命谱测量方法及系统

说明书

本公开是关于用于液闪表征的正电子湮没寿命谱测量方法及系统，涉及核谱学和核探测技术领域。该方法将液闪样品设置在放射源单侧，并相隔预设距离，分别探测放射源衰变产生的第一能量信号获得起始时间，探测正电子由放射源释放后进入液闪样品的第二能量信号获得符合时间，探测正电子湮没产生的第三能量信号获得停止时间，并在起始时间、符合时间满足预设符合判选条件时，根据起始时间、停止时间统计正电子湮没寿命谱。该方法无需设置窗口材料，能灵活调整测量环境；由液闪闪烁测得的符合时间不参与统计，避免了液闪性能对测量结果精度的影响，而采用筛选后的起始时间、停止时间进行统计，可以排除错误事例，保证测量准确、灵活以及稳定。

技术领域

本公开涉及核谱学和核探测技术领域，具体而言，涉及一种用于液闪表征的正电子湮没寿命谱测量方法及系统。

背景技术

液闪，也称液体闪烁体，是一种有机溶液，通常由闪烁有机溶剂、发光物质组成，根据实际应用需求有时还添加其他掺杂物。当液闪内部发生粒子射线的能量转换时，可发射对应光谱的荧光光子，因此，通过在后端电子学对荧光光子进行收集、探测，可以实现对粒子射线的探测、甄别，其中，粒子射线可以包括带电粒子、伽马光子和中子等。液闪的性能通常与液闪的微观结构有关，在应用中液闪由于物理组分、离子化学环境、老化等因素可能引起微观结构的变化，从而导致其宏观特性，如光学性能发生变化，进而影响其对粒子射线的探测、甄别效果。由于物质微观结构的变化要早于宏观性能上的变化，因此，对液闪微观结构的有效表征，对于监测液闪宏观性能的变化有重要作用。

正电子湮没寿命谱(Positron Annihilation Lifetime Spectrum,PALS)测量可以通过测量正电子于单位时间内在样品中与电子发生湮没的概率以表征样品的微观结构，通常不同湮没寿命可以表征微观结构中缺陷的种类，不同湮没寿命的强度可以表征微观结构中缺陷的数目。PALS是在原子尺度无损表征样品微观结构的有效手段，通常由²²Na放射源衰变产生正电子，再探测²²Na放射源在产生正电子时级联产生的1.28MeV伽马光子，以及正电子在样品中湮没后产生的0.511MeV伽马光子，进而根据探测时间差获得正电子湮没寿命谱。

正电子在液闪内可与电子形成电子偶素(Positronium，Ps)，包括p-Ps(para-positronium，仲电子偶素)、o-Ps(ortho-positronium，正电子偶素)，Ps可与液闪中的原子、离子以及分子基团等发生相互作用，从而发生湮没，因而可以通过测量液闪中Ps的湮没寿命及其强度表征液闪中微观结构的变化。在PALS中放射源-样品通常采用“三明治”结构设置，将两份相同的样品紧贴放射源两侧，从而保证放射源向周围产生的正电子全部在样品中湮没。但是，液闪具有粘性，直接接触放射源会对其造成污染或腐蚀。

目前，在采用PALS表征液闪的应用中，通常采用窗口材料对放射源进行密封，或对液闪样品进行密封以避免放射源与液闪直接接触，如可以采用钛(Ti)膜对放射源进行密封，再将密封后的放射源置入液闪样品中，或也可以采用聚酰亚胺(Polyimide，PI)薄膜密封两个盛装液闪样品的容器开口，再将放射源至于两容器之间分别紧贴PI薄膜设置。或者，也可以将放射源与样品分离设置，将正电子在液闪样品中热化产生的能量信号作为起始信号，将正电子湮没后产生的能量信号作为停止信号。

上述解决方案中，样品与放射源紧贴设置时需要足够的窗口材料以避免放射源与液闪的接触，使得测量结构复杂、操作不便，尤其使得样品更换难度大，而且无法去除正电子在窗口材料中的湮没成分，导致湮没寿命测量的准确性差；另外，紧密接触也使得测量中难以对液闪样品的测试条件、气氛环境等进行调整，使得采用PALS对液闪表征的适用性、灵活性较差。而将放射源与样品分离设置时，放射源产生正电子时产生的伽马光子，正电子在非液闪样品中湮没产生的伽马光子进入液闪样品时也会被记录，无法避免测量中引入错误事例，导致测量的准确性较差；另外，该方法中起始信号的采集容易受到液闪样品性能的影响，稳定性较差。