Pozitron – teoretická předpověď

Prezentace na téma: "Pozitron – teoretická předpověď"— Transkript prezentace:

1 Pozitron – teoretická předpověď
Diracova rovnice: snaha popsat relativisticky pohyb elektronu řešení s negativní energií  vakuum je Diracovo moře elektronů pozitrony  díry ve vaku P.A.M. Dirac: Quantised Singularities in the Electromagnetic Field, Proc. R. Soc. Lond. A 133, (1931) Paul Adrien Maurice Dirac 1933 Nobelova cena P.A.M. Dirac: The Quantum Theory of the Electron, Proc. R. Soc. Lond. A 117, (1928) P.A.M. Dirac: A Theory of Electrons and Protons, Proc. R. Soc. Lond. A 126, (1930)

2 Pozitron – experiment pozitron objev pozitronu 1932
Carl David Anderson 1936 Nobelova cena

3 Pozitron - experiment objev pozitronu 1932 pozitron

4 Pozitron pozitron pozitron = antičástice elektronu
klidová hmotnost: me náboj: +e spin: 1/2

5 Zdroje pozitronů kosmické záření 90 % protony 9 % a-částice
1 % elektrony (a ostaní částice e+, p-)

6 Zdroje pozitronů b+ - rozpad záchyt e- pro Q < 2mec2 pouze EC
t1/2 = 3.7 ps b % b %, EC 9.5 % T1/2 = 2.6 year g 1274 keV pro Q < 2mec2 pouze EC

7 Zdroje pozitronů b+ - zářiče branching ratio (b+ vs EC)
Isotope T1/2 e+ yield Emax (MeV) secondary  E (MeV) 11C 20.33 min 0.98 0.45 - 13N 9.96 min 1 1.20 15O 123 s 1.74 18F 110 min 0.97 0.64 branching ratio (b+ vs EC) Emax (tj. Q-value) poločas rozpadu T1/2 příprava v cyklotronu sekundární foton protony urychlené na T = 5.2 MeV

8 Zdroje pozitronů cyklotron

9 Zdroje pozitronů cyklotron Siemens Eclipse, negativní ionty 11 MeV
výroba 18F, 11C, 13N, 15O, 64Cu UJV Řež: cyklotron U-120M, p+, T = 5.4 – 38 MeV

10 Zdroje pozitronů LINAC AccSyS Technology p+ 7 MeV
výroba 18F, 11C, 13N, 15O

11 Zdroje pozitronů b+ - zářiče branching ratio (b+ vs EC)
isotope T1/2 e+ yield Emax (MeV) secondary  per e+ E (MeV) 11C 20.33 min 0.98 0.96 - 13N 9.96 min 1 1.20 15O 123 s 1.74 18F 110 min 0.97 0.64 22Na 2.6 y 0.9 0.545 1.274 26Al 8  105 y 0.85 1.17 1.81 44Ti 47 y 0.94 1.47 1.156 64Cu 12.7 h 0.178 0.653 68Ge 275 d 0.88 1.90 0.02 1.078 82Sr 23.4 d 3.38 branching ratio (b+ vs EC) Emax (tj. Q-value) poločas rozpadu T1/2 sekundární foton

12 Zdroje pozitronů 64Cu záchyt e- (43.8 %) b+ rozpad (17.8 %)

13 Zdroje pozitronů 68Ge / 68Ga generátor rozpad 68Ge (T1/2 = 275 d):
záchyt e- (100 %) rozpad 68Ge (T1/2 = 275 d): b+ rozpad (87.2 %) rozpad 68Ga (T1/2 = 68 min):

14 Zdroje pozitronů příprava 68Ge cyklotron
D ionty urychlené na T  14 MeV maximální účinný průřez pro T = 27 MeV: s = 550 mBarn pro T = 27 MeV s = 1650 mBarn doba života 69Ge je T1/2 = 39 h

15 Zdroje pozitronů – 68Ge/68Ga

16 Zdroje pozitronů 22Na b+ rozpad, T1/2 = 2.6 y sekundární g 1274 MeV
t1/2 = 3.7 ps b % b %, EC 9.5 % T1/2 = 2.6 year g 1274 keV b+ rozpad, T1/2 = 2.6 y sekundární g 1274 MeV

17 Zdroje pozitronů příprava 22Na cyklotron, p+, T = 66 MeV

18 Zdroje pozitronů příprava 22Na cyklotron, p+, T = 66 MeV

19 Zdroje pozitronů 22Na pozitronový zdroj

20 Hloubka průniku pozitronů
pozitrony emitované b+ zářičem pravděpodobnost, že pozitron pronikne do hloubky z  – hustota materiálu (pro 22Na) střední hloubka průniku Příklad: Mg: a -1 =154 mm Al: a -1 = 99 mm Cu: a -1 = 30 mm

21 Termalizace pozitronu
rychlost ztáty energie při pronikání do materiálu (stopping power): doba termalizace:

22 Termalizace pozitronu
snížení kinetické energie pozitronu 100 keV  kT = 0.03 eV E > 100 eV: nepružné srážky a elektrony elastický rozptyl na jádrech atomů 0.1 eV < E < 100 eV: excitace elektronů E < 0.1 eV: rozptyl na fononech

23 Termalizace pozitronu
E > 100 eV: nepružné srážky a elektrony elastický rozptyl na jádrech atomů r – hustota Emax = maximální kinetická energie e+ pro Em ~ 100 eV

24 Termalizace pozitronu
0.1 eV < E < 100 eV: excitace elektronů kovy – excitace vodivostních e- EF = Fermiho energie pro Ec << Em

25 Termalizace pozitronu
E < 0.1 eV: rozptyl na fononech  = hustota W = deformační potenciál b = 2/5 – 2/3

26 Termalizace pozitronu

27 Termalizace pozitronu
E < 0.1 eV: rozptyl na fononech celková doba termalizace př. Cu: tS = 0.93 ps, tR = 2.86 ps, tPh = 8.92 ps, t = ps

28 Termalizace pozitronu
př. Cu: tS = 0.93 ps, tR = 2.86 ps, tPh = 8.92 ps, t = ps

29 Anihilace pozitronů 1 g 2 g 3 g anihilace pozitronu
n = 1 vylučuje zákon zachování hybnosti (je to možné pouze v přítomnosti další částice) n > 1 pro každý další foton je pravděpodobnost menší faktorem a = 1/137 2 g dominantní proces n = 2 3 g

30 Anihilace pozitronů účinný průřez pro 2 g anihilaci pozitronu (Dirac 1930) klasický poloměr elektronu pro v << c Pravděpodobnost anihilace ne – elektronová hustota

31 Anihilace pozitronů – pozorovatelné
Dopplerův posun DE zákon zachování hybnosti odchylka od antikolinearity q Dopplerův posun energie odchylka od antikolinearity

32 Doba života pozitronů 511 keV 1274 keV termalizace t  10 ps difúze
Pravděpodobnost anihilace vzorek 511 keV anihilační rychlost: doba života pozitronů: enhancement factor

33 Anihilace pozitronů – pozorovatelné
doba života pozitronů LT (t, E) scintilační detektory úhlové korelace ACAR (t, q ) polovodičové detektory Dopplerovské rozšíření DB (E, t ) scintilační detektory (scintilátor + fotonásobič) - výborné časové rozlišení - horší energetické rozlišení polovodičové detektory (HPGe) - vynikající energetické rozlišení - špatné časové rozlišení