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 Introduction でも説明したように,陽電子は物質中に入射すると電子と対消滅して,主に2本のγ線を放出します. 1本のγ線のエネルギーはアインシュタインの式E=mc2より511keVとなりますが,実際には電子は運動量を持っているため,消滅γ線はドップラー効果の影響を受けます. 衝突時のエネルギー保存や運動量保存則からドップラー効果の影響は(1)式で与えられ,消滅相手である電子の運動量が大きいほど,ドップラー効果の影響[僞γ]が生じ, 放射されるγ線が511 keVからよりずれた値になることを示しています.

Eγ =m0c2±ΔEγ =m0c2±cpL/2     (1)

ΔEγ=ドップラーシフト, pL = 電子の運動量

 Fig.1 に陽電子が物質に入射したときの振る舞いを示しました.材料中に欠陥が無い場合(a)では,正の電荷を持った陽電子は原子核からクーロン反発力を受けるため,陽電子は格子間位置に存在し,電子と対消滅します.一方で,物質中に空孔(b)や空隙(c)が存在すると, 陽電子は欠陥に捕獲され,電子と対消滅します.このとき,欠陥に捕獲された陽電子は,(a)のケースと比較して,価電子(運動量が低い電子)と衝突する確率が増えるため,放射されるγ線はドップラー効果の影響を受けにくく,僞γが小さくなり511 keVに近い値のγ線を放出します. このように,欠陥濃度や欠陥サイズによって,消滅γ線のエネルギー分布が異なるため,エネルギー分布の鋭さ( sharpness parameter )を決めることで,物質中の欠陥の議論が可能となります.



▲ Fig.1 陽電子が空孔型欠陥に捕獲されたときのドップラー拡がりスペクトルの変化

S parameter = 赤いエネルギーウィンドウに入ったγ線の本数 / 全体のγ線本数

W parameter = 緑のエネルギーウィンドウに入ったγ線の本数 / 全体のγ線本数

" 欠陥濃度・サイズの増大 → S parameter (W parameter)の増加(減少) "



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