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第1章　正电子谱学基础 1

1.1　引言 1

1.2　正电子湮没 4

1.2.1　正电子湮没图像 4

1.2.2　正电子湮没率 5

1.2.3　正电子波长 5

1.2.4　正电子在凝聚物质中的湮没 6

1.2.5　正电子在固体中的注入深度 7

1.2.6　主要正电子湮没参数 7

1.3 电子偶素的形成与湮没 11

1.3.1　电子偶素能级和大小 11

1.3.2　湮没选择定则 12

1.3.3　湮没率和寿命 13

1.3.4　湮没能谱 14

1.3.5　电子偶素的形成和俄勒模型 14

1.3.6　电子偶素探测技术 15

1.4　正电子谱学的特点及应用 18

1.4.1　正电子谱学的特点 18

1.4.2　正电子谱学的主要应用领域 20

参考文献 23

第2章　正电子谱学实验方法 24

2.1　正电子源 24

2.2　γ光子探测技术 25

2.2.1　γ射线与物质相互作用 26

2.2.2　γ光子探测器 28

2.3　正电子寿命测量 30

2.3.1　快-慢符合寿命谱仪 30

2.3.2　快-快符合正电子寿命谱仪 31

2.3.3　正电子寿命谱仪能窗调节方法 32

2.3.4　正电子寿命谱的分析 33

2.4　多普勒展宽测量 39

2.4.1　多普勒展宽测量原理及装置 39

2.4.2　多普勒展宽谱的分析 40

2.5　双探头符合多普勒展宽技术 44

2.6　角关联测量技术 47

参考文献 51

第3章　正电子与固体的相互作用 53

3.1　正电子的热化和扩散 53

3.1.1　正电子的背散射 53

3.1.2　沟道效应 54

3.1.3　正电子的热化 55

3.1.4　正电子的扩散 58

3.2　正电子的捕获与湮没过程 62

3.2.1　正电子的捕获 62

3.2.2　正电子与表面的相互作用 72

3.2.3　正电子的湮没过程 73

3.2.4　电子偶素的形成 74

3.3　正电子的捕获模型 77

3.3.1　捕获模型 77

3.3.2　正电子捕获系数 79

参考文献 80

第4章　慢正电子束及其在表面和界面研究中的应用 84

4.1　引言 84

4.2　正电子束发展简史 84

4.3　正电子束的产生和输运 86

4.3.1　正电子源 86

4.3.2　正电子慢化 87

4.3.3　正电子束流的输运 90

4.3.4　慢正电子的加速 92

4.3.5　脉冲束和正电子寿命测量 92

4.3.6　靶室及探测系统 93

4.4　缺陷深度分布 94

4.4.1　慢正电子与固体表面相互作用 94

4.4.2　正电子注入深度分布 94

4.4.3　缺陷深度分布 95

4.5　慢正电子束在材料表面、界面和薄膜研究中的应用 96

4.5.1　半导体薄膜材料中的缺陷 97

4.5.2　异质结构界面特性 99

4.5.3　离子注入产生的缺陷 101

4.5.4　低介电常数材料孔洞分布 103

4.5.5　聚合物表面结构 107

4.6　慢正电子束技术的新进展 108

4.6.1　低能正电子衍射 108

4.6.2　正电子诱发俄歇电子能谱 109

4.6.3　正电子微束 111

4.6.4　自旋极化正电子束 111

参考文献 111

第5章　正电子与电子偶素化学 118

5.1　液滴模型 118

5.2　电子偶素形成机制 119

5.3　液体中的正电子和电子偶素 121

5.3.1　气泡模型 122

5.3.2　自由体积模型 123

5.3.3　气泡模型与角关联实验 124

5.3.4　电子偶素的化学淬灭 125

5.4　气体中的正电子和电子偶素 127

5.4.1　气体介质中正电子的热化 127

5.4.2　纯气体介质中正电子的湮没率 128

5.4.3　气体介质中o-Ps湮没率 129

5.5　电子偶素的磁淬灭 130

5.6　应用 131

5.6.1　甲烷中的电子偶素湮没特性 131

5.6.2　电子偶素微探针在化学中的应用 132

参考文献 135

第6章　正电子谱学在金属和合金研究中的应用 137

6.1 引言 137

6.2　金属间化合物空位形成焓的测定 137

6.3　淬火、辐照及形变 139

6.4　氢脆及氢化物的研究 143

6.4.1　氢脆 143

6.4.2　氢化物 144

6.5　金属和合金的相变 146

6.5.1　时效硬化 146

6.5.2　晶体结构转变 150

6.5.3　马氏体相变 151

6.6　腐蚀和疲劳缺陷 152

6.6.1　腐蚀 152

6.6.2　疲劳 154

6.7　非晶、准晶及纳米晶的研究 155

6.7.1　非晶 155

6.7.2　准晶 156

6.7.3　微晶和纳米晶 157

6.8　正电子微束的应用 158

6.9　无损检测的研究 160

6.10　结语 162

参考文献 162

第7章　聚合物中的正电子湮没 170

7.1　聚合物的结构与自由体积 170

7.2　聚合物中的正电子湮没、寿命谱的离散和连续谱分析 174

7.3　正电子谱学在聚合物研究中的应用 180

7.3.1　线性高聚物中自由体积浓度的标度行为 180

7.3.2　结构相变 181

7.3.3　导电聚合物研究 183

7.3.4　气体渗透性研究 185

7.3.5　聚合物的力学性能 186

7.3.6　物理老化 187

7.3.7　表面与界面研究 189

7.4　几点说明与展望 191

参考文献 192

第8章　正电子谱学在半导体缺陷研究中的应用 197

8.1　半导体中的正电子湮没 197

8.1.1　缺陷大小 198

8.1.2　缺陷浓度 198

8.1.3　缺陷电荷态 199

8.1.4　缺陷的周围环境 200

8.2　元素半导体及化合物半导体的本征缺陷 200

8.2.1　硅材料中的缺陷鉴别 200

8.2.2　GaAs中As空位的电荷态转变 201

8.2.3　GaAs中的亚稳态缺陷EL2 206

8.2.4　重掺杂半导体中的缺陷-杂质复合体 209

8.2.5　其他半导体材料中的缺陷鉴别 212

8.3　半导体中辐照引入的缺陷研究 215

8.4　离子注入在半导体中产生的缺陷及其深度分布 222

参考文献 231

第9章　纳米材料微结构的正电子研究 240

9.1　纳米金属及合金的正电子研究 241

9.1.1　纳米金属 241

9.1.2　纳米合金 243

9.2　无机纳米材料微结构的正电子研究 245

9.2.1　纳米碳材料 245

9.2.2　纳米金属氧化物 246

9.2.3　纳米陶瓷 249

9.3　聚合物纳米复合材料的微结构研究 253

9.3.1　聚合物／无机粉体纳米复合材料 253

9.3.2　聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料 257

参考文献 268

第10章　正电子在医学中的应用 273

10.1　正电子放射性核素与放射性药物 273

10.1.1　医用正电子放射性核素及其来源 273

10.1.2　正电子发射的放射性药物 273

10.2　正电子发射断层显像 274

10.2.1　PET 274

10.2.2　PET显像的基本原理和结构 275

10.2.3　PET探测器能够探测到正电子湮没后产生的γ光子 275

10.2.4　PET常用的晶体材料 276

10.2.5　PET/CT 276

10.2.6　图像融合技术 276

10.2.7　PET/CT检查的基本程序 277

10.2.8　微型PET 278

10.3　PET影像的特点 278

10.3.1　常用的PET显像药物类型 278

10.3.2　PET与分子影像 279

10.3.3　PET显像能进行定量 280

10.4　PET在肿瘤疾病中的应用 280

10.4.1　代谢显像早期诊断恶性肿瘤 280

10.4.2　正常人的18F-FDG分布图像 281

10.4.3　PET在肺癌诊断中的价值 282

10.4.4　PET能早期发现肺癌转移灶 283

10.4.5　PET在乳腺癌诊断中的价值 284

10.4.6　PET与结肠肿瘤的诊断 284

10.4.7　PET在胰腺肿瘤的应用 285

10.4.8　肝脏和胆管肿瘤的PET显像 285

10.4.9　胃和食道肿瘤 286

10.4.10　PET用于淋巴瘤的诊断 287

10.4.11　头颈部肿瘤的PET显像 287

10.4.12　PET显像与脑肿瘤 287

10.4.13　PET监测肿瘤治疗的疗效 289

10.4.14　PET肿瘤代谢显像与临床决策 290

10.4.15　PET用于健康体检 290

10.4.16　PET肿瘤代谢显像的缺点 291

10.5　脑代谢显像 291

10.5.1　如何研究大脑的代谢 291

10.5.2　PET用于癫痫灶的定位诊断 293

10.5.3　PET与早老性痴呆的诊断 293

10.5.4　脑生理功能研究 294

10.5.5　PET与神经受体研究 294

10.6　PET与心肌代谢活性研究 294

10.6.1　心肌代谢的特点 295

10.6.2　判断心肌细胞活性 295

参考文献 295

第11章　正电子谱学的新进展 297

11.1　材料缺陷的高分辨研究 297

11.1.1　脉冲正电子束 297

11.1.2　强正电子束 298

11.1.3　正电子微探针 299

11.1.4　正电子显微镜 299

11.2　正电子的约束和积累 299

11.2.1　正电子注入装置 300

11.2.2　正电子捕获与积累 301

11.2.3　束流提取 302

11.2.4　高磁场捕获 302

11.2.5　旋转墙压缩 302

11.2.6 自旋极化正电子等离子体 304

11.2.7　积累和储存大量正电子 304

11.3　正电子与原子、分子相互作用研究 305

11.3.1　正电子散射 306

11.3.2　正电子湮没 306

11.3.3　电子偶素的形成 308

11.4　基于正电子的反物质研究 310

11.4.1　合成反氢 310

11.4.2　正电子能量转换 310

11.4.3　电子偶素原子的玻色-爱因斯坦凝聚 311

11.4.4　单个生物分子的正电子成像 311

11.4.5　反物质引力相互作用研究 311

11.5　当前国内外研究进展与发展趋势 312

11.5.1　正电子学科的新发现——电子偶素分子形成 312

11.5.2　国外研究动态 314

11.5.3　当前发展趋势 314

参考文献 315

附录A　正电子学科历届国际、国内会议的举办时间、地点及单位 317

后记 320