高分辨冷正电子束研究低能正电子散射

本项目在我们已建成慢正电子束和低能正电子捕获装置，并且具备产生高能量分辨率（FWHM为25meV）冷正电子束的条件基础上，致力于发展冷正电子束在原子、分子物理中的应用研究。主要研究内容为：1、发展适用于在强磁场工作正电子散射技术，建立高分辨低能正电子散射测量系统；2、利用该系统产生的冷正电子束具有低能、束流强和能散小的优点，研究正电子与简单原子（如Ar, Xe）接近正电子素形成域值附近的弹性微分散射截面，以及其它截面，验证理论计算结果。3、研究正电子与简单分子（如CO2,H2O）总散射和正电子素形成截面，获得散射实验的基本数据，为理论计算提供实验依据。本项目的研究拓宽了新型正电子束在低能正电子物理学研究领域中应用的能力和潜力，将为高精度研究正电子与原子、分子相互作用提供重要实验平台，可望国内首次开展低能正电子散射实验前沿研究。

正电子在科学和技术上的重要应用取决于正电子与物质基本相互作用的定量了解，而最基本的正电子与原子、分子相互作用过程是了解这些知识的基础。基于捕获的正电子束由于具有很窄的能谱和很高的计数率非常适合于正电子与原子分子散射的基础研究，可探测一些以前无法获得的现象。本项目基于我们现有正电子束发展适用于在强磁场下工作的正电子散射技术，初步建立基于捕获的低能正电子散射测量系统。正电子束流在磁场的引导下通过两个直角（即Z型）管道使捕获阱和散射靶室连接。散射靶室核心部分由散射室和两个减速势分析器（简称RPA）构成，散射室可更换不同种类的试验气体，其它部分还包括强磁场供给系统，试验气体供给系统，探测系统，真空系统等。冷正电子束从捕获阱中提取，首先通过第一个小RPA，实验时施加略低于束流平均能量的电压，限制低于入射能量的正电子通过，可获得更高的能量分辨率；随后正电子束经散射室与原子、分子气体发生碰撞后，被引进第二个RPA（用于测量沿轴向正电子能量），在RPA后面放置微通道板（简称MCP）探测器，MCP后增加一个荧光屏，这样可直接观察束斑大小、强度和位置，便于实验过程最佳状态的调节，实验中使用NaI探测器测量正电子束流强度。靶室建成后，可拓宽国内正电子研究新领域，开展低能正电子与原子、分子相互作用的实验研究，为理论计算提供实验依据。另外，在本项目支持下，开展正电子束在材料中应用研究，取得一批有意义的结果，已在PRL，PRB, Metall. Mater. Trans. A等国内外刊物上发表论文14篇。国内外学术合作与交流成效显著，小组成员多次参加国内外学术会议或赴国外从事合作研究。