ESPECTROSCOPÍA DE ANIQUILACIÓN DE POSITRONES. Autor: Elena Herranz Muelas Directores: J.M. Udías J. del Río
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- Marina del Río Figueroa
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1 ESPECTROSCOPÍA DE ANIQUILACIÓN DE POSITRONES Autor: Elena Herranz Muelas Directores: J.M. Udías J. del Río
2 PAS: Estudio de la estructura electrónica y defectos en sólidos TÉCNICAS: Sensibilidad de los positrones a la densidad electrónica Principio de conservación del momento en el proceso de aniquilación Técnicas de Tiempos de Vida Correlación Angular de la Radiación Aniquilación Ensanchamiento Doppler
3 Objetivos Diseño del Dispositivo Experimental para la Eliminación de Fondo Aplicación al Estudio de Defectos
4 Índice Introducción Espectroscopía de Aniquilación Doppler Sistema diseñado para la Eliminación de Fondo Aplicación al Estudio de Defectos
5 Introducción Creación de Positrones: Interacción con la materia Creación de pares γ e + + e Desintegración β + A Z A X 1Y Z + e + +υ + γ e E altas Ionización E bajas Dispersión fonones Difusión Aniquilación
6 Aniquilación Conservación Energía-Momento v= 0 kc= kc= 511 kev 1 2 v 0 k k 1 1 c + + k 2 k 2 = c p = = E 2mv = 2mc 2 ΔE sinθ p m c 0 p m c 0 2
7 Fuentes y muestras en PAS Fuente: 22 Na τ = 2.6 años Emisión de γ y β + Muestras: Disposición tipo Sandwich Actividad débil Fácil Preparación Idéntica naturaleza y tratamiento.
8 Técnica de Ensanchamiento Doppler Medida de la distribución de momentos de los e -. Diferentes Energías transmitidas en cada evento Ensanchamiento del pico: ΔE p m c 0
9 Diseño del dispositivo experimental Tamaño del Cristal HPGe CZT Diámetro = 57.1mm 15 X 15 X 7.5 Longitud = 57.1 mm (mm 3 ) Pico 511 kev FWHM (kev) Pico 1.28 MeV Relación Pico/Fondo
10 Diseño del dispositivo experimental CZT 1400V Ge (HP) Delay Delay Line Line Amplifier Amplifier Amplifier Amplifier MCA Timing Timing SCA SCA Amplifier Amplifier GATE Amplificadores: generar pulsos de amplitud y forma adecuada Timing SCA : seleccionar ventana de energía. Pulso lógico retardado.
11 Diseño del dispositivo experimental Timing SCA. Pulso lógico Retardado Permite seleccionar γ detectados por el CZT asociados a un intervalo de energías (en torno 511 kev) Espectro CZT Espectro CZT en Coincidencia con el Pulso lógico Canal Distancia fuente-detector de 100cm Permite establecer un retardo relativo entre las señales del CZT y HPGe alineamiento óptimo 4 μs Delay
12 Resultados Experimentales 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Fe 40 Al (650 ºC) Singles Coincidencias Coincidencias Retardadas Canal Espectro SIN coincidencias Espectro Coincidencias : Coincidencias auténticas γ γ 511 kev 1.28 Mev 511 kev γ γ 1.28 MeV Coincidencias Aleatorias Espectro Coincidencias Retardadas Coincidencias aleatorias
13 Resultados Experimentales Fe 40 Al (650 ºC). Distancia muestra-detector = 100 cm Fe 40 Al (650ºC) a 100 cm 1 Sin Coincidencias Coincidencias Coincidencias Corregidas 0,1 0,01 1E-3 1E Canal
14 Resultados Experimentales Influencia de la geometría: Distancia menor entre muestra-hpge Mayor ritmo de conteo Mayor apilamiento Mejor estadística Más eventos auténticos Más eventos aleatorios
15 Resultados Experimentales Influencia de la geometría Fe 40 Al (650 ºC). Distancia muestra-detector = 33 cm Espectros de Fe 40 Al (650 ºC) A 33 cm 1 Sin Coincidencias Coincidencias Coincidencias Corregidas 0,1 0,01 1E Canal
16 Resultados Experimentales Influencia de la geometría: Espectros SIN coincidencia (Singles) y Coincidencias Retardadas Espectros a 100 cm Espectros a 33 cm E-3 1E-4 1E-3 1E-4 1E Retardadas Singles/1470 Canal Retardadas Singles/1686 Canal Distancia HPGe (cm) Singles (cps en el pico) Coincidencias Retardadas (cps en el pico ) Factor de proporcionalidad La distancia del detector no afecta al porcentaje de cuentas aleatorias respecto al de singles
17 Resultados Experimentales Influencia de la geometría: Espectros Coincidencias auténticas γ (1.28 Mev) γ (511 kev) no correlacionados angularmente dependencia del ángulo sólido subtendido disminuyen con el cuadrado de la distancia γ γ (511keV) (511 kev) dependencia con el ángulo sólido distancia mayor menor número de coincidencias auténticas relación coincidencias totales/coincidencias aleatorias disminuye al aumentar la distancia del HPGe cm 33 cm Relación pico/fondo Fe40Al (650ºC) (100 cm) Fe40Al (650ºC) (33 cm) 1, , E-3 1E Canal
18 Resultados Experimentales Material Distancia HPGe Singles (cps) Coincidencias (cps) C. Retardadas (cps) Relación pico/fondo FWHM (kev) Fe40Al (650ºC) , Fe40Al (650ºC) , Distancia fuente-detector de 33 cm Distancia fuente-detector de 100cm Delay Delay
19 Resultados Experimentales Influencia del apilamiento Ausencia de estabilizador y sistema de rechazo de pile-up entre pulsos falseamiento de los resultados experimentales. solapamiento Disminución de la distancia relativa fuente detector Lejos Cerca Aumenta el ángulo sólido 0,1 Aumenta el conteo 0,01 Mayor probabilidad de apilamiento Canal
20 Resultados Experimentales Influencia del apilamiento Variación de la anchura de los pulsos de HPGe 1 1microsegundos 2microsegundos 3microsegundos 1 1microsegundos 2microsegundos 3microsegundos 0, , Canal Deformación para 3 μs. Ensanchamiento asociado a un desplazamiento de E respecto al valor real Canal Aumento del número de cuentas en la cola del pico para 2 μs
21 Resultados Experimentales Comparación Fe 40 Al (650 ºC) y Fe 40 Al (900 ºC) Canal 1845: Claras Diferencias ESTRUCTURAS DISTINTAS
22 Resultados Experimentales Comparación Fe 40 Al (650 ºC) y Fe 40 Al (900 ºC) Defectos presentes en ambas muestras tienen estructura diferente. Singles vs Coincidencias EFICIENCIA DEL DISPOSITIVO
23 Conclusiones Se ha conseguido diseñar un dispositivo experimental capaz de restar fondo al espectro de Ensanchamiento Doppler (1 orden de magnitud) Eficiencia del dispositivo para distinguir defectos en distintas muestras.
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