Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Svazek pomalých pozitronů
moderované pozitrony
• pozitrony emitované b+ zářičem
• pravděpodobnost, že pozitron pronikne do hloubky z zezP
MeV
cmg16cm
4.1
max
31
E
MeV545.0max E
– hustota materiálu
(pro 22Na)
• střední hloubka průniku
1
0
dzzPz
Příklad:
Mg: -1 =154 mm
Al: -1 = 99 mm
Cu: -1 = 30 mm
Moderátor pozitronů
Výstupní práce pozitronu materiál f+
Al (100) -0.16(3)
Al (111) 0.065(3)
Cr (100) -1.76(5)
W (100) -3.0(1)
W (110) -3.0(2)
Ne 0.61(1)
Ar 1.55(5)
Moderátor pozitronů
některé geometrie moderátorů pozitronů
zpětný rozptyl horizontální desky transmisní geometrie
účinnost moderátoru:
incident
dthermalize
N
N
Moderátor pozitronů
některé geometrie moderátorů pozitronů
zpětný rozptyl horizontální desky transmisní geometrie
účinnost moderátoru:
incident
dthermalize
N
N
Moderátor pozitronů
účinnost moderátoru:
W folie
pevný Ne
incident
dthermalize
N
N
Moderátor pozitronů
polykrystalická W folie
Svazky pomalých pozitronů
22Na zdroj pro svazek pomalých pozitronů
• iThemba Labs (Jižní Afrika)
• 50 mCi = 1.85 GBq
• klasický pozitronový zdroj A 1 MBq
• svazek pomalých pozitronů A 1 GBq
E (keV)
0 100 200 300 400 500
N (
E)
0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
0.0025
0.0030
0.0035
Svazky pomalých pozitronů
22Na zdroj pro svazek pomalých pozitronů
• okénko - 5 mm Ti fólie výchozí energetické spektrum e+ emitovaných 22Na
energetické spektrum e+ po průchodu 5 mm Ti fólií
W fólie
0.5 mm
20.0 mm
krok 0.5 mm
Svazky pomalých pozitronů
22Na zdroj pro svazek pomalých pozitronů
• okénko - 5 mm Ti fólie
22Na + 5 mm Ti foil capsule
trnamission geometry - foil moderator with various thickness
d (mm)
0 5 10 15 20 25 30 35
gain
0.0000
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
0.0005
0.0006
0.0007
0.0008
W moderator
Pt moderator
Mo moderator
Ni moderator
• transmisní geometrie moderátoru
• výtěžek pomalých pozitronů
Svazek pomalých pozitronů
22Na source
and moderator
solenoids
accelerator Helmhotlz coils
deflector coils
gate
valve
sample
chamber
HPGe
detector
• svazek pomalých pozitronů (Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf)
• výběr pomalých pozitronů – zatočení svazku
• magnetické vedení svazku solenoidy
Svazek pomalých pozitronů
HPGe detektor
22Na pozitronový zdroj + W moderátor
urychlovač
komora se vzorkem
• svazek pomalých pozitronů (Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf)
• výběr pomalých pozitronů – zatočení svazku
• magnetické vedení svazku solenoidy
Svazek pomalých pozitronů
22Na pozitronový zdroj
+ W moderátor
komora se vzorkem
• svazek pomalých pozitronů (MFF UK
• výběr pomalých pozitronů – zatočení svazku
• magnetické vedení svazku
urychlovač
HPGe detektory
Implantační profil monoenergetrických pozitronů
• monoenergetické pozitrony o energii E
m
m
m
z
z
z
mzEzP
00
1
exp,
m
AEz
r
11
0
rA keVgcm104 23
2m
6.1r
2 keV
3 keV
4 keV 5 keV
7 keV 10 keV
depth (nm)
0 100 200 300 400
P(z
)
0.00
0.02
0.04
0.06
0.14
0.16
implantační profil pozitronů do Al 1 keV
• střední hloubka průniku:
rAEz
Svazek pomalých pozitronů s laditelnou energií
• studium tenkých vrstev
• studium hloubkového profilu defektů
• měření zpětné difůze pozitronů
• charakterizace defektů na svazku pozitronů s laditelnou energií
E (keV)
0 5 10 15 20 25
S/S
0
1.00
1.04
1.08
1.12
1.16
1.20
1.24well annealed bulk Pd
• střední difúzní délka pozitronu: L+ = (151 4) nm
povrchový stav
anihilace v Pd vrstvě
Charakterizace defektů v Pd
• charakterizace defektů na svazku pozitronů s laditelnou energií
E (keV)
0 5 10 15 20 25
S/S
0
1.00
1.04
1.08
1.12
1.16
1.20
1.24well annealed bulk Pd
cold rolled bulk Pd
• plastická deformace nárůst S, zkrácení L+
Charakterizace defektů v Pd
• charakterizace defektů na svazku pozitronů s laditelnou energií
E (keV)
0 5 10 15 20 25
S/S
0
1.00
1.04
1.08
1.12
1.16
1.20
1.24well annealed bulk Pd
cold rolled bulk Pd
nanocrystalline Pd film
• nanokrystalický Pd film – záchyt pozitronů v misfit defektech na hranicích zrn
Charakterizace defektů v Pd
(1120 20) nm (TEM)
• na povrchu deponována Pd vrstva (20 nm)
• tloušťka (1100 50) nm (profilometrie)
1.10 mm
Nb film o tloušťce 1.1 mm pokrytý Pd vrstvou o tloušťce 20 nm
Tenké vrstvy Nb dopované vodíkem
Tenké vrstvy Nb dopované vodíkem
• sloupcovité krystality
• šířka 50 nm
Nb film o tloušťce 1.1 mm pokrytý Pd vrstvou o tloušťce 20 nm
E (keV)
0 10 20 30
S
0.52
0.53
0.54
0.55
0.56
x H = 0.000
Tenké vrstvy Nb dopované vodíkem
E (keV)
0 10 20 30
S
0.52
0.53
0.54
0.55
0.56
x H = 0.000
x H = 0.005
Nb film o tloušťce 1.1 mm pokrytý Pd vrstvou o tloušťce 20 nm
Tenké vrstvy Nb dopované vodíkem
E (keV)
0 10 20 30
S
0.52
0.53
0.54
0.55
0.56
x H = 0.000
x H = 0.005
x H = 0.050
Nb film o tloušťce 1.1 mm pokrytý Pd vrstvou o tloušťce 20 nm
Tenké vrstvy Nb dopované vodíkem
E (keV)
0 10 20 30
S
0.52
0.53
0.54
0.55
0.56
x H = 0.000
x H = 0.005
x H = 0.050
x H = 0.090
Nb film o tloušťce 1.1 mm pokrytý Pd vrstvou o tloušťce 20 nm
Tenké vrstvy Nb dopované vodíkem
E (keV)
0 10 20 30
S
0.52
0.53
0.54
0.55
0.56
x H = 0.000
x H = 0.005
x H = 0.050
x H = 0.090
x H = 0.500
Nb film o tloušťce 1.1 mm pokrytý Pd vrstvou o tloušťce 20 nm
Tenké vrstvy Nb dopované vodíkem
E (keV)
0 10 20 30
S
0.52
0.53
0.54
0.55
0.56
x H = 0.000
x H = 0.005
x H = 0.050
x H = 0.090
x H = 0.500
x H = 1.000
Nb film o tloušťce 1.1 mm pokrytý Pd vrstvou o tloušťce 20 nm
Tenké vrstvy Nb dopované vodíkem
x H
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.60 0.80 1.00
SN
b
0.538
0.540
0.542
0.544
0.546
0.548
0.550
b
xH = 0.06
b
Hydrogen in thin films – VEPAS
Nb film o tloušťce 1.1 mm pokrytý Pd vrstvou o tloušťce 20 nm
Tenké vrstvy Nb dopované vodíkem
absorpce vodíku na hranicích zrn nové defekty vytvořené při vzniku hydridu
Měření zpětné difůze pozitronů
• měření difůzní délky L+ pozitronu ve studovaném materiálu
• přítomnost defektů zkrácení L+
• koncentrace defektů:
1
12
2
,
L
Lc
B
B
V
BB DL ,L+,B – difůzní délka pozitronů v bezdefektním materiálu
– specifická záchytová rychlost
Měření zpětné difůze pozitronů
VBV
VI
Ic
111
1
2
• komponenta od volných pozitronů nemůže být rozlišena ve spektru dob života pozitronů,
když její intenzita je I1 < 5% (saturovaný záchyt)
• odpovídá to koncentraci vakancí cV > 2 10-4
• příklad: vakance v FeAl slitinách
• měření doby života pozitronů
• difůzní délku pozitronů není možné zjistit pokud L+ < 1 nm
• měření zpětné difůze pozitronů
1
12
2
,
L
Lc
B
BV
V
• odpovídá to koncentraci vakancí cV > 7 10-2
c Al (at.%)
15 20 25 30 35 40 45 50 55
life
tim
e (
ps)
0
50
100
150
200
2 vakance
• dvou-komponentní spectrum:
1 – volné pozitrony
2 – pozitrony zachycené ve vakancích
1 volné pozitrony
VFe teorie
c Al (at.%)
15 20 25 30 35 40 45 50 55
I 2 (
%)
40
50
60
70
80
90
100
cAl 26 at.% saturovaný záchyt
f experiment
B teorie
1
2
2
1
1
IIf
Zakalené slitiny Fe-Al – měření doby života pozitronů
c Al (at.%)
0 10 20 30 40 50 60
life
tim
e (
ps)
150
160
170
180
190
200
• doba života 2 pozitronů zachycených ve vakancích
Zakalené slitiny Fe-Al – měření doby života pozitronů
• rostoucí koncentrace Al atomů okolo vakancí
E (keV)
0 10 20 30 40 0.96
0.98
1.00
1.02
1.04
1.06
1.08
Fe 75 Al 25
S / S
0
Zakalené slitiny Fe-Al – měření na svazku pomalých pozitronů
E (keV)
0 10 20 30 40 0.96
0.98
1.00
1.02
1.04
1.06
1.08
Fe 75 Al 25
Fe 74 Al 26
S / S
0
Zakalené slitiny Fe-Al – měření na svazku pomalých pozitronů
E (keV)
0 10 20 30 40 0.96
0.98
1.00
1.02
1.04
1.06
1.08
Fe 75 Al 25
Fe 74 Al 26
Fe 73 Al 27
S / S
0
Zakalené slitiny Fe-Al – měření na svazku pomalých pozitronů
E (keV)
0 10 20 30 40 0.96
0.98
1.00
1.02
1.04
1.06
1.08 Fe 75 Al 25
Fe 74 Al 26
Fe 73 Al 27
Fe 60 Al 40
S / S
0
Zakalené slitiny Fe-Al – měření na svazku pomalých pozitronů
E (keV)
0 10 20 30 40 0.96
0.98
1.00
1.02
1.04
1.06
1.08 Fe 75 Al 25
Fe 74 Al 26
Fe 73 Al 27
Fe 60 Al 40
Fe 55 Al 45
S / S
0
Zakalené slitiny Fe-Al – měření na svazku pomalých pozitronů
E (keV)
0 10 20 30 40
S / S
0
0.96
0.98
1.00
1.02
1.04
1.06
1.08 Fe 75 Al 25
Fe 74 Al 26
Fe 73 Al 27
Fe 60 Al 40
Fe 55 Al 45
Fe 51 Al 49
Zakalené slitiny Fe-Al – měření na svazku pomalých pozitronů
• (i) oxid na povrchu 15-20 nm (ii) Fe-Al slitina
• dvě vrstvy:
cAl (%)
20 25 30 35 40 45 50 55
S/S
0
0.96
0.98
1.00
1.02
1.04
1.06
1.08
S parametr
c Al (at %)
20 25 30 35 40 45 50
`L+ (
nm
)
1
10
100
L+,B
difůzní délka pozitronů
• koncentrace vakancí narůstá s rostoucím obsahem Al
Zakalené slitiny Fe-Al – měření na svazku pomalých pozitronů
• s rostoucím obsahem Al klesá L+ a narůstá S
• Fe75Al25 : měření doby života pozitronů: cV = (7.0 ± 0.5) 10-5
měření zpětné difůze: cV = (5 ± 1) 10-5
c Al (at.%)
15 20 25 30 35 40 45 50 55
cV
10 -6
10 -5
10 -4
10 -3
10 -2
10 -1
10 0
LT spectroscopy
VEPAS
Zakalené slitiny Fe-Al – koncentrace vakancí
c Al (at.%)
15 20 25 30 35 40 45 50 55 10 -6
10 -5
10 -4
10 -3
10 -2
10 -1
10 0
T. Haraguchi 2001, LT spectroscopy
R. Würschum 1995, in-situ LT spectroscopy
Y.A. Chang 1993, microhardness + theoretical modeling
J. Joardar 2005, dilatometry + XRD
D. Paris 1977, dilatometry + XRD
K. Ho 1978, dilatometry + XRD
cV
LT spectroscopy
VEPAS
Zakalené slitiny Fe-Al – koncentrace vakancí