リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「革新的陽電子寿命測定システムの開発」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。
リケラボ

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

革新的陽電子寿命測定システムの開発

安藤 太一 大阪府立大学 DOI:info:doi/10.24729/00017363

2021.04.21

概要

陽電子は 1928 年,Dirac[1] により初めて存在が予言され,1932 年には Anderson[2]による宇宙線の霧箱による観察から反粒子の存在が初めて検証された．陽電子は電子の反物質であり，電荷の極性が正である点を除き,質量,電荷量ともに電子と同じである．陽電子は電子と衝突すると直接消滅し，この過程を自由消滅という．陽電子のうち 1115/1116はスピンが陽電子と反平行な電子と 2 光子消滅し，エネルギーが 0.511MeV の消滅γ線を 2 本 180°方向に放出する．残りの1/1116は陽電子とスピンが平行な電子と 3 光子消滅し，エネルギーが0～0.511MeV の光子を 3 本 3 方向に放出する．

金属,半導体に入射した陽電子は一定の深さに到達すると熱エネルギー程度に減速(熱化)される．この熱化した陽電子は結晶中を 100nm 程度の距離を拡散移動し,100~200 ps 程度の寿命で周囲の電子のうち一個と対消滅する．陽電子は正電荷を持つので，結晶を構成する正の原子核から遠ざかる性質があり,結晶中の主な陽電子の消滅相手は最外殻の束縛電子や伝導電子である．しかし結晶中に正イオンが抜けた原子空孔型の格子欠陥が存在すると,相対的に負電位となるので,陽電子が引き寄せられ,捕捉される．この原子空孔にトラップされた陽電子の対消滅率は陽電子の位置での電子密度に比例する．電子の海で光速度 𝑐 より十分小さい速度𝑣の陽電子が消滅する場合を考えると，2 光子に消滅する断面積は最低次の近似では 𝜎2 = 𝜋𝑟02𝑐/𝑣 である．ただし，𝑟0 は古典電子半径である．したがって陽電子の位置の電子密度をρとすると 2 光子消滅率は 𝑣 に依存せず，式(1.1)で示される[3]．

𝜆2 = 𝜎2𝜌𝑣 = 𝜋𝑟02𝑐𝜌 (1.1)

一方，最低次の近似による 3 光子消滅断面積𝜎3から求めた 3 光子消滅率は式 (1.2)で示される．これらは電子のスピンについて平均した値であり,固体や液体の中で陽電子が消滅する際に対応する．この性質を利用することにより,金属,半導体などの結晶中の空孔型欠陥を極めて敏感に検出することが出来る．

𝜆3 = 𝜎2𝜌𝑣 = (4/3)(𝜋2 − 9) 𝑟02𝑐𝜌 ≈ 𝜆2/370 (1.2)

一方，気体，液体，無機化合物などに入射した陽電子は電子とポジトロニウムを形成する．ポジトロニウムは電子と陽電子が電気的に束縛され対になったエキゾチック原子である．元素記号として Ps と記される．図 1-1 に示すように Psには陽電子と電子のスピンが互いに反平行なパラ‐ポジトロニウム(p-Ps，生成割合：1/4，平均寿命：125 ps，2 光子消滅)と電子と陽電子のスピンが互いに平行なオルソ‐ポジトロニウム(o-Ps，生成割合：3/4，真空中の平均寿：～142 ps，３光子消滅)がある．0.5 nm の大きさの空間では o-Ps は周囲物質のスピンに平行な電子をピックオフし，2 光子消滅する．o-Ps のピックオフ消滅寿命と自由体積や空孔の大きさとの対応を図 1-2 示す[4]．

図 1-1 パラ-ポジトロニウムとオルトポジトロニウムの消滅

不対スピンを有する常磁性物質が存在すると，o-Ps はスピン交換反応を起こし，p-Ps に変換する．消滅寿命は~125 ps となる．また，酸化性物質が存在すると，酸化反応が起こり，o-Ps の電子が奪われて陽電子となり，自由消滅する． o-Ps と錯化合物を形成する物質が存在すると，錯形成反応が起こり，酸化反応同様 o-Ps の電子が奪われて陽電子となり，自由消滅する．これらの反応が起こるといずれも o-Ps の寿命は短縮する．
このように，陽電子の寿命を解析することで陽電子を材料物性解析のプローブとして活用することができる．

図 1-2 細孔半径と o-Ps の寿命との関係[4]

論文の公開元へ

この論文で使われている画像

関連論文

関連論文をもっと見る

参考文献

第一章　参考文献

[1] Dirac. P. A. M, "The quantum theory of the electron," Proceedings of the Royal Society, p.610, (1928).

[2] Anderson, C. D. "The Positive Electron". Physical Review 43, p491–494, (1933).

[3] 日本アイソトープ協会 (編),”陽電子計測の科学”, 丸善, (1993).

[4] 氏平祐輔, “陽電子計測による非破壊分析”, RADIOISOTOPES, 30, p511- 520,(1981)．

[5] Okada Sohei, Sunaga Hiromi, “Design of an intense slow positron beam production system using a 100kW electron linac for the positron factory”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol 56-57 p.604 – 609, (1991).

[6] 斉藤晴雄,”入門講座 陽電子寿命測定法”, 陽電子科学 第2 号, p21-27,(2014).

[7] Olsen. JV, Kirkegaard. P, Pedersen. NJ, Eldrup. MM: Physica Status Solidi.C: Current Topics in Solid State Physics Vol 4, 4004-4006 (2007).

[8] F.Bečvář, J.Čıžek, L.Lešták, I.Novotný, I.Procházka, F.Šebesta “A high- resolution BaF2 positron-lifetime spectrometer and experience with its long- term exploitation”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Vol 443, p557-577, (2000).

[9] H Saito, Y Nagashima, T Kurihara, T Hyodo, “A new positron lifetime spectrometer using a fast digital oscilloscope and BaF2 scintillators”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Vol 487, p612–617, (2002).

[10] 長谷川正義,三島良績,”原子炉材料ハンドブック”,日刊工業新聞社（1977）.

第二章　参考文献

[1] PHENIX 計画（原型炉プラズマ対向機器開発のための要素技術の工学的評価）(http://www.hrc.u-toyama.ac.jp/phenix/index.html) (2020/12/29 アクセス)

[2] Olsen. JV, Kirkegaard. P, Pedersen. NJ, Eldrup. MM: Physica Status Solidi. C: Current Topics in Solid State Physics, Volume 4, (2007) 4004-4006.

[3] H. Saito and T. Hyodo: J. Phys. Soc. Jpn. 60 (1991) 57.

第三章　参考文献

[1] T. Hirade and T. Oka, Positron Annihilation Methods by Use of LSO Scintillators, ACTA PHYSICA POLONICA A, 125 (2014) 925–928.

[2] H. Saito, Y. Nagashima T. Kurihara T. Hyodo, A new positron lifetime spectrometer using a fast digital oscilloscope and BaF2 scintillators, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment, 487(3) (2002) 612–617.

[3] T. Hirade, H. Ando, K. Manabe, D. Ueda: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 931 (2019) 100–104．

[4] T. Hirade, O. E. Mogensen, Chemical Physics, 170 (1993) 249-256．

[5] P. Kirkegaard, M. Eldrup Computer Phys.Commun., 3 (1972) 240-255.

[6] P. Kirkegaard, J.V. Olsen, M. Eldrup, N.J. Pedersen, PALSfit A computer program for analysing positron lifetime spectra, 2009, Roskilde: Danmarks Tekniske Universitet, Risø Nationallaboratoriet for Bæredygtig Energi. (Denmark. Forskningscenter Risø. Risø-R; No. 1652(EN)).

[7] K. Inoue, Y. Nagai, Z. Tang, T. Toyama, Y. Hosoda, A. Tsuto, and M. Hasegawa, Time evolution of positron affinity trapping at embedded nanoparticles by age-momentum correlation, PHYSICAL REVIEW B, 83 (2011) 115459.

[8] Tetsuya Hirade, Age–momentum correlation measurements of positron annihilation in water : Possibility of quantum beats on ortho-positronium reactions, Chem. Phys. Lett. 480 (2009) 132–135.

第四章　参考文献

[1] S. J.Tao, J. Chem. Phys. 56 (1972) 5499-5510.

[2] Y. Kobayashi, W. Zheng, E. F. Meyer, J. D. McGervey, A. M. Jamieson and　R. Simha, Macromolecules, 22, 5 (1989) 2302-2306.

[3] Y.C. Jean, Microchemical Journal 42 (1990) 72-102.

[4] J. Kansy, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 374 (1996) 235-244.

[5] M.Yamawaki, N.Uesugi, H.Ando and Y.Kobayashi: Japanese Journal of Applied Physics, Volume 59, Number 3.

[6] M. Yamawaki, K. Ito, K. Hattori, N. Uesugi, Journal of Physics: Conf.　Series 791 (2017) 012038.

[7] M. Yamawaki, N. Uesugi, and Y. Kobayashi, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 126501 (2019).

第五章　参考文献

[1] L. Van Hoorebeke, A. Fabry, E. van Walle, J. Van de Velde, D. Segers, L. Dorikens-Vanpraet: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 371 (1996) 566-571.

[2] H. Saito and T. Hyodo: Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 193401.

[3] T. Hirade, H. Ando, K. Manabe, D. Ueda: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 931 (2019) 100–104.

[4] M.Yamawaki, N.Uesugi, H.Ando and Y.Kobayashi: Japanese Journal of Applied Physics, Volume 59, Number 3.

[5] Olsen. JV, Kirkegaard. P, Pedersen. NJ, Eldrup. MM: Physica Status Solidi.　C: Current Topics in Solid State Physics, Volume 4, (2007) 4004-4006.

[6] H. Saito and T. Hyodo: J. Phys. Soc. Jpn. 60 (1991) 57.

第六章　参考文献

[1] 文部科学省：中学校学習指導要領（平成 29 年告示）,理科編,p43(2017).

[2] 大森 儀郞：クルックス管から漏洩する X 線の実態とその対策, 物理教育,第 43 巻,第 1 号,p29-32 (1995).

[3] クルックス管からの低エネルギーX 線評価手法の開発: 秋吉 優史ほか, 放射線化学, 第 106 巻, p31-38(2018).

[4] Do Duy KHIEM, Hirokazu ANDO, Hiroto MATSUURA, Masafumi AKIYOSHI , “Investigation of Characteristics of Low-energy X-ray Radiated from the Crookes Tube Used in Radiological Education”, Radiation Safety Management, 18 巻 p. 9-15 (2019).

[5] 空間線量測定に用いる代表的なサーベイメータの特性: 根本 久, 放射線計測協会 放計協ニュース No.48, p6(2011).

[6] 野原功全,山下貴史,村山秀雄,山本幹男,外山比南子, “陽電子計測の科学”,日本アイソトープ協会(1993).

[7] Tatsuhiko Sato, Yosuke Iwamoto, Shintaro Hashimoto, Tatsuhiko Ogawa, Takuya Furuta, Shin-ichiro Abe, Takeshi Kai, Pi-En Tsai, Norihiro Matsuda, Hiroshi Iwase, Nobuhiro Shigyo, Lembit Sihver and Koji Niita　Features of Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) version 3.02, J. Nucl. Sci. Technol. 55, 684-690 (2018)．

参考文献をもっと見る

全国の大学の
卒論・修論・学位論文
を
一発検索！

この論文の関連論文を見る