Positrons luminescens overstråler elektronernes

I gamle katodestråler, et billede genereres, når en elektronstråle ophidser en fosforskærm, får fosforen til at udstråle lys. Nu i en ny undersøgelse, forskere har fundet ud af, at en stråle af positroner (positivt ladede anti-elektroner), der hændes på en fosforskærm, producerer betydeligt mere luminescens, end en elektronstråle gør.

Da forskerne begyndte deres forskning, de forventede, at applikationerne primært ville være utilitaristiske:hovedsageligt at forstå forskellene mellem brug af positroner og elektroner, når der udføres eksperimenter med fosforskærme som positrondiagnostik. Imidlertid, forskellene var meget mere interessante end de forventede, som kan udvide de potentielle applikationer til områder som design af nye diagnosesystemer samt lære mere om egenskaber ved selvlysende materialer.

Forskerne, E. V. Stenson, U. Hergenhahn, M. R. Stoneking, og T. Sunn Pedersen, ved Max Planck Institute for Plasma Physics, blandt andre institutter, har udgivet et papir om deres sammenligning af positron og elektron luminescens i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

I deres eksperimenter, forskerne sammenlignede luminescensen ophidset af en positronstråle med den, der blev exciteret af en elektronstråle for to forskellige fosforer (ZnS:Ag og ZnO:Zn). For begge fosforer, de samlede resultater var ens. Da strålenergien steg fra nul, mængden af ​​positroninduceret luminescens steg hurtigt, mens mængden af ​​elektroninduceret luminescens steg meget mere gradvist. Over et bestemt niveau af strålenergi, begge typer luminescens voksede på en lineær måde med omtrent samme hastighed. Så ved meget høje strålenerginiveauer, forskellen mellem positron- og elektroninduceret luminescens blev ubetydelig.

I stedet, den mest markante forskel fandt sted ved de lavere strålenerginiveauer. For eksempel, for at producere den samme mængde luminescens, som produceres af en elektronstråle med flere tusinde elektronvolt energi, en positronstråle krævede kun få titalls elektronvolt (eV) for ZnS:Ag, og for ZnO:Zn, endnu mindre end 10 eV. Som forskerne forklarer, den enorme forskel opstår ved positronudslettelse, som producerer et større antal ophidsede tilstande i phosphormaterialerne.

Da positroner kan bruges som et værktøj til at lære om fosfor, og phosphorer kan bruges som et værktøj til at lære om positroner, forskerne forventer, at resultaterne vil være interessante for begge områder.

"For forskere, der ser på positroner, der hændes på materialer, det er positronerne, der er genstand for interesse, "Fortalte Stenson Phys.org . "I dette tilfælde, en fosforskærm ses kun som et værktøj til at lære om positronerne - f.eks. noget så simpelt hvor mange af dem du har til rådighed som ingredienser til fremstilling af anti-atomer eller stof-antimaterieplasmaer.

"For andre forskere, det er omvendt, hvor positroner er et værktøj til at lære om noget materiale. Man kan gøre dette, for eksempel, ved at se på, hvor lang tid det tager positroner at udslette med et bestemt faststof eller væske eller gas, i hvilke vinkler spreder positroner et materiale, eller energispektret for elektroner, der udsendes fra et materiale, hvori en positronstråle tilintetgøres. "

På grund af den markante forskel mellem elektroner og positroner, resultaterne giver også et nyt værktøj til forståelse af egenskaber ved selvlysende materialer generelt.

"Selvlysende materialer har en lang historie, efter at have været brugt i årtier i ting som katodestrålerør, og de udvikles stadig til en række nye applikationer, "Stenson sagde." Selvlysende materialer har applikationer lige fra forbrugsvarer (displays, efterglødematerialer) til specialiserede detektorer (gassensorer, scintillatorer) til nanopartikler, der bruges til behandling af kræft. "

Stenson forklarede, at på trods af at disse materialer har en så lang historie, der er stadig åbne spørgsmål om vigtige aspekter af selvlysende materialers fysik. Disse spørgsmål omfatter strukturen af ​​luminescenscentre, excitations- og afslapningsveje til katodoluminescens, og oprindelsen af ​​'død spænding' - det vil sige hvorfor elektroner med mindre end en keV eller to energi ikke producerer påviselig luminescens i mange fosforer.

"Jeg forventer, at yderligere undersøgelser af positroninduceret luminescens (f.eks. sammenligning af lysspektret produceret af lavenergipositroner vs. højenergipositroner vs. elektroner med høj energi) vil være et værdifuldt middel til at undersøge disse åbne spørgsmål, især i kombination med andre metoder, der allerede er i brug til at studere selvlysende materialer, "Sagde Stenson.

© 2018 Phys.org