中国科大非束流正电子湮没寿命-动量关联（AMOC）谱仪计数率创最高纪录

正电子湮没寿命-动量关联（AMOC）技术是一种重要的正电子湮没谱学实验技术，不但可用于研究正电子偶素（Positronium, Ps）的形成和湮没机制，也是表征多孔材料孔表面化学环境的强大工具。然而，由于传统非束流AMOC谱仪的符合计数率（约20-40 cps）较低，每个样品的测量时间较长（单个谱收集1000万计数需要数天），AMOC技术很少被应用。因此，有必要提高AMOC测量系统的计数率。

中国科学技术大学粒子束交叉应用实验室在科技部国家重点研发计划的支持下，利用数字采集卡和自主开发的数据采集系统，设计了一种新颖的半数字化两路起始探测方案，使得起始信号的时间由两个起始探测器给出，实验装置如图1所示。

图1. 高符合计数率非束流型AMOC系统结构

通过实验与模拟优化探测器的几何配置、数字示波器的时基配置、高纯锗探测器的成形时间、以及起始和终止探测器的能窗，该谱仪的计数率（窄终止能窗469-589 keV和高纯锗探测器成形时间为6 µs时约为180 cps，宽终止能窗104-589 keV和成形时间2 µs时约为500 cps）比传统AMOC谱仪高一个数量级，为非束流型AMOC谱仪计数率的最高纪录（如图2）。

图2. AMOC谱的符合计数率随终止探测器CFDD的下限电压和相应的终止能窗下限的变化。

通过测量单晶铝与非晶态二氧化硅的AMOC谱（图3），观察到自由正电子、仲态电子偶素（parapositronium, p-Ps）以及正态电子偶素（orthopositronium, o-Ps）的特征湮没行为，验证了该谱仪的正确性和可靠性。符合计数率的显著提高将拓宽AMOC谱仪在电子偶素物理和材料微结构表征的应用前景。

图3. (a) 铝和(b)非晶态二氧化硅的AMOC谱解谱得到的S(t)参数变化关系。实线为Blob模型模拟曲线。

该研究成果于2024年7月11日发表于核技术领域著名期刊《Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A》，标题为《Record high counting rate of a non-beam-based positron annihilation age-momentum correlation (AMOC) spectrometer achieved by geometrical optimization of detectors》。论文的第一作者为粒子束交叉应用实验室博士生罗迷，通讯作者为张宏俊特任研究员。