新型正电子微束的产生及其在材料微区分析中的应用

发展正电子微束技术可以用于微小样品或材料微区的缺陷及损伤分布三维图像。常规正电子微束利用多次聚焦和再慢化手段来实现，这种技术效率低，所得到正电子束流比较微弱，并且正电子的能量分散度较大，影响了磁聚焦的效果。本课题利用新发展的正电子捕获阱技术，用缓冲气体将高通量正电子能量降为热能(0.025eV)，实现正电子约束，在无束流损失的情况下利用旋转电场将正电子束斑大小压缩至1mm左右，再利用磁透镜将能散度极低、束斑小的冷正电子束进行再次聚焦得到微束；并利用该新型正电子微束对材料微区进行二维扫描正电子湮没测量。我们将重点研究：1）利用旋转电场将正电子束斑压缩至1mm左右的条件；2）利用磁透镜将正电子束斑再压缩至100微米左右或以下条件；3）利用正电子微束实现材料微区的三维微结构分析，主要研究金属或高分子疲劳断裂裂纹产生过程中缺陷、自由体积三维分布和演化，从微观上分析疲劳断裂机理。

本课题主要任务是开发能应用于微小样品或材料微区的缺陷及损伤研究的新型基于捕获阱的正电子微束技术，已经完成捕获阱的安装、调试，二维扫描靶室设计加工，聚焦磁透镜的设计、加工和安装，以及脉冲化束流获得的模拟设计，并开展了相关科研工作的开展，具体情况如下：. 1. 安装调试了捕获阱，利用新发展的正电子捕获阱技术，用缓冲气体将高通量正电子能量降为热能(0.025eV)，实现正电子约束，正电子储存时间达到18s,可 积累正电子10^7；捕获效率为20%，在捕获阱工作的情况下，利用旋转电场将正电子束斑大小压缩至1mm左右；. 2. 二维扫描靶室已经安装调试，二维扫描范围在+-5mm, 重复定位精度为5微米，正电子测试自动扫描控制程序完成编写和测试。. 3. 完成聚焦磁透镜的设计、加工和安装，测试了磁场的轴向分布，与模拟计算结果相符，再聚焦微束测试MCP正在安装中，磁透镜聚焦有望到达预期效果。. 4. 为了该科研课题的延续和深入，完成了模拟设计了基于捕获阱的正电子脉冲微束，开展了基于正电子慢束的薄膜材料微结构的研究。. 在本项目的支持下，课题组完成了新型正电子扫描成像设备的设计、加工和安装；已经发表论文4篇，已接受论文2篇，投稿中2篇；已毕业硕士研究生3人（含协助培养1人），博士毕业1（协助培养），在读硕士研究生7人（含硕博连读1人），博士研究生2人；参加系列国际学术报告会2次邀请报告(PPC-10,Slovakia;ICPA-16,UK)，组织主办国际会议1次（JWPS-2012, 60人规模），国内会议报告多次。但是，本课题研究对象是新型仪器设备的开发和应用研究，所设计的研究内容较多，特别是国内加工设备周期长，影响了微束的再聚焦调试和应用研究的开展，后续工作将继续完善和深入本课题研究的开展。