新型正电子湮没反符合测量技术及应用研究

Positron annihilation is an effective and powerful tool to characterise atomic scale defects and their chemical environment. Based on the preliminary works and deeply understanding to the new technology of coincidence/anticoincidence in positron annihilation spectroscopy, this project intends to develop a new positron annihilation system with multiple measurement methods to meet the demand of different measurement conditions in various applications. By using established system，the mechanism for positronium formation, thermalization process and electronic momentum distribution with the change of positronium annihilation lifetimes, in some materials as polymer and simulating human tissue with different chemical structure, will be investigated systematically to explore the process of positronium formation in these specific materials and to discuss the relationship between the positronium lifetime to the internal biological environment and material microstructure. Some achievements based on the experimental discussions to the application of positron spectroscopy technology in the field of biological science and medical will be hopefully expected in this project.

正电子湮没对原子尺度缺陷及缺陷的化学环境特别敏感,是研究材料微观结构的有效和特色手段。本项目拟深入开展新型正电子湮没符合/反符合测量技术的研究，建立一套具备多种测量方法、满足不同测量条件或测量环境需求的正电子湮没谱学测量系统，以此为基础，系统研究不同化学结构的聚合物材料以及模拟人体组织中电子偶素形成、热化过程以及电子动量分布随电子偶素湮没时间的变化过程，探讨电子偶素在这些特殊材料中的形成过程、电子偶素湮没寿命和材料微观结构及内部生物环境的关系，为正电子谱学技术在生物科学及医学应用领域的应用提供基础数据。

正电子湮没对原子尺度缺陷和缺陷所处化学环境特别灵敏，是研究材料中微观缺陷及结构的有效和特色手段。常规正电子湮没探测技术由于“样品-源-样品”测量结构的限制，很难或无法满足液体等易沾染放射源样品的测量，也无法对样品所处的气氛环境进行改变。针对这些问题，本项目深入研究了正电子湮没符合/反符合测量技术，并且从实验电路和模拟计算两方面入手研究了提高反符合效率的方法。综合这些研究结果，项目中建立了一套集多种测量功能（正电子湮没寿命，511keVγ能量多普勒，分层测量等）为一体的新型正电子湮没测量系统。该系统，一方面可满足不同测量条件和测量环境的需求，扩展了正电子湮没谱学的应用领域；另一方面进一步丰富和完善了正电子湮没实验测量方法和技术。.项目已经开展了针对液闪、水和模拟生物组织（油类）等易沾染放射源样品的实验测量，相较于国际上已有的同类研究，新系统在满足这类样品正电子湮没测量要求的基础上，具有测量方便、稳定性高和性能优等特点。此外，针对新系统反符合测量时低计数率的特点，项目还开展了正电子湮没高效测量方法的研究，并且分别建立了基于数字化的和传统模拟电路的多探测器多寿命谱测量方法。该方法可成倍地增加正电子湮没测量效率，有助于提高针对大块或不易切割样品现场实时测量的有效事例采集效率。.结合高精度控制的W-Cu合金准直狭缝分层测量技术，本项目以软木、气凝胶等样品模拟人体组织，研究了正电子在这些材料中射程的分布及磁场的影响。根据实验测量结果，磁场对正电子的射程具有一定的压缩效应，并且磁场越强，压缩程度越明显。项目中得到的这些研究成果不仅为开展正电子在人体组织中的湮没特性提供了基础实验数据，还为优化PET-MRI双模态成像算法、进一步提高PET临床空间分辨率提供了依据。