本发明涉及正电子湮没核谱仪的，特别涉及一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪。
背景技术：
1、正电子湮没谱学长期以来被认为是一种表征材料微观结构的重要技术，特别适用于固体中的原子级缺陷和超微孔结构。它利用正电子和电子偶素作为探针来研究电子结构、原子缺陷、表面性质、化学环境等。正电子湮没寿命和正电子湮没辐射多普勒展宽技术分别测量材料中的正电子湮没寿命和电子动量，广泛用于表征材料的微观结构。为了区分不同的正电子湮没态，基于这两种技术，正电子湮没寿命-动量关联测量技术于1976年被开发出来，同时测量正电子湮没寿命和电子动量分布。从那时起，正电子研究人员成功地将正电子湮没寿命-动量关联测量应用于各种研究，包括多孔材料中开孔和闭孔的化学环境、晶体结构、电子偶素的形成和湮没机制等。此外，电子偶素衰变对新陈代谢的敏感性使其成为一种有前景的生物标志物，可以提供有关疾病进展的信息。因此，该技术在生物学和医学领域具有巨大的应用潜力。
2、目前，正电子湮没寿命-动量关联技术有和两种符合模式。在基于慢正电子束的正电子湮没寿命-动量关联测量系统中，设计了符合模式，直接将正电子作为起始信号进行探测。由于起始探测器对正电子几乎百分之百的探测效率，基于束流的正电子湮没寿命-动量关联测量系统的符合计数率可高达每秒数百的计数率。然而，由于基于加速器的慢正电子束构建成本高，其技术实施难度较大。相比之下，非基于慢正电子束的传统正电子湮没寿命-动量关联测量系统则更加容易建设。该系统将1275 kev的光子作为正电子发射的起始信号，正电子在进入样品后，通常会与电子湮没形成两个反方向的能量约511 kev的光子。一个能量约511 kev的光子被终止伽马探测器收集，作为正电子寿命的终止信号，另一个511 kev的光子由高纯锗探测器探测，用于测量电子-正电子对的多普勒展宽。该系统由三个部分组成：正电子寿命测量（包括两个伽马探测器（一个用于探测起始信号，一个用于探测终止信号）、一个时间-幅度转换器和两个差分恒比定时甄别器）、湮没辐射多普勒展宽测量系统（包括一个高纯锗探测器和一个成形放大器）、以及一个多通道数据采集系统（包括一个多道分析器和一台计算机）。在硬件结构上，与传统测量系统不同，我们采用了两个起始探测器接收1275 kev的光子以生成起始信号（也可使用更多探测器或探测器阵列），并使用数字示波器代替传统的多道分析器。这不仅提高了起始信号的探测效率和系统的可重构性，还使系统的符合计数率翻倍。
3、在传统的非束流正电子湮没寿命-动量关联测量中，由于22na放射源发射的正电子拥有0-545 kev范围的动能分布，测试的样品往往要求为厚度在1毫米以上的块状，并以样品-正电子源-样品的三明治形式将其包裹进行测试，这样可以保证正电子99%以上都在样品里面湮没（约10%在承载22na放射源的膜（如kapton、ni、ti）内湮没）。因此，对于新型的无机功能薄膜、聚合物薄膜、金属薄膜、半导体薄膜等厚度在微米级的薄膜样品，传统正电子湮没寿命-动量关联谱仪无法进行测量。
4、由于塑料闪烁体对511和1275 kev的光子的光电截面小，光产额很少，因此可用厚度1毫米的塑料闪烁体接收正电子动能产生的信号作为反符合逻辑信号，可以筛除掉不在薄膜样品里面发生的正电子湮没事例。
技术实现思路
1、本发明提供一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪，用于微米级薄膜测量，实现了传统正电子湮没寿命-动量关联谱仪的整体升级，使得对测试样品从之前的毫米量级测量提升到微米量级的测量，以及符合计数率成倍增加。本发明实现了单片微米级薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联测量，通过集成正电子湮没寿命谱、多普勒展宽谱、寿命-动量关联谱的多功能模块，开发出高性能的可重构多功能半数字化正电子湮没谱仪。
2、本发明提供一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪，包括探测器模块、nim电子学模块、数据采集模块和数据处理模块，探测器模块包括伽马探测器、高纯锗探测器和反符合模块，所述反符合模块、高纯锗探测器、伽马探测器分别与nim电子学模块相连，nim电子学模块与数据采集模块、数据处理模块依次相连；
3、伽马探测器用于接收22na源衰变产生的1275 kev的光子和正电子湮没产生的511 kev的γ光子，分别作为正电子寿命的起始信号与终止信号；
4、高纯锗探测器用于接收正电子湮没产生的511 kev的光子，测量其多普勒展宽；
5、反符合模块用于探测正电子动能产生的信号；
6、nim电子学模块用于对探测器信号预处理；
7、数据采集模块用于采集nim电子学模块处理后的脉冲信号；
8、数据处理模块用于获取并处理采集得到的脉冲数据，脉冲数据分别来自反符合模块的反符合信号，高纯锗探测器的能谱测量信号，起始伽马探测器的正电子湮没寿命谱的起始信号，终止伽马探测器的正电子湮没寿命谱的终止信号（若采用恒比定时甄别器对信号进行预处理，则是起始信号与终止信号先符合为一个时间幅度方波信号，再被采集卡或示波器采集并进入数据处理模块）。
9、本发明具有以下有益效果：
10、1、通过反符合模块的正电子信号，对正电子湮没寿命信号与能量信号进行三重符合，实现微米级薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联测量，拓展了该技术在材料科学领域的应用。
11、2、通过探测器系统与nim电子学模块的结合，以及数字化采集与处理模块的基于采集设备软件开发包的自编程技术实现对脉冲信号的快速采集与处理，集成了正电子湮没寿命谱、正电子湮没多普勒展宽、以及寿命-动量关联测量技术，并对探测器几何和采集性能上进行了进一步优化，系统的可重构性优异。
1.一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，包括探测器模块、nim电子学模块、数据采集模块和数据处理模块，探测器模块包括伽马探测器、高纯锗探测器和反符合模块，所述反符合模块、高纯锗探测器、伽马探测器分别与nim电子学模块相连，nim电子学模块与数据采集模块、数据处理模块依次相连；
2.根据权利要求1所述的一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，反符合模块包括两片低密度且原子序数小的薄闪烁体、光电倍增管、待测薄膜样品和正电子放射源；两片薄闪烁体将待测薄膜样品和正电子放射源夹在中间；其中，两片薄闪烁体的包装有两种设置模式，一是用光电倍增管分别耦合两片薄闪烁体，二是一片薄闪烁体耦合光电倍增器件，另一片薄闪烁体镀上一层反射材料；反射材料的作用是将正电子在该片薄闪烁体内产生的光子反射到另一片耦合薄闪烁体的光电倍增管中。
3.根据权利要求1所述的一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，伽马探测器由闪烁体耦合光电倍增器件构成；与高纯锗探测器对立的终止伽马探测器接收另一个511 kev的光子，作为正电子寿命的终止信号；起始伽马探测器接收22na放射源衰变产生的1275 kev的光子作为正电子寿命的起始信号。
4.根据权利要求1所述的一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，数据采集模块包括至少四路模拟输入通道的示波器或采集卡，用来采集脉冲信号，模拟带宽一般不低于200 mhz，数据采样率一般不低于40 ms/s，垂直分辨率一般不低于14位，捕获内存一般不低于 512 ms。
5.根据权利要求1所述的一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，寿命-动量关联的符合事件包括：首先，选择合适的触发源作为触发信号，一般选取探测效率最低的信号作为触发源，在合适的时间窗内触发，然后，设置一个合适的反符合阈值，若该时间窗内反符合模块的脉冲的最高幅度超过该阈值，则说明此次触发事例是正电子在薄闪烁体里湮没引起，需要舍弃该事例，反之，则代表此触发事例是正电子在薄膜样品里湮没引起，则继续对高纯锗探测器的脉冲信号进行去基线、信号去堆积、平滑拟合处理，获取脉冲数据的最大值点，并对起始伽马探测器的脉冲和终止伽马探测器的脉冲进行平滑和定时处理，获得寿命值的大小，最后获得本次触发事例的正电子-电子湮没对的多普勒展宽与正电子寿命，即为一次寿命-动量关联的符合事件。
6.根据权利要求1所述的一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，nim电子学模块包含成形放大器、恒比定时器件、延时器、时间幅度转换器、线性延迟整形放大器；能谱部分的成形放大器用于对高纯锗探测器的输出信号进行成形为较窄的准高斯型脉冲，反符合模块的输出信号采用线性延迟整形放大器进行放大，正电子湮没寿命谱部分的恒比定时器件用于对光电倍增管的输出脉冲进行恒比定时，产生信号到达的时钟；延时器为纳秒延迟器，用于使得正电子寿命的终止信号晚于起始信号到达时间幅度转换器，时间幅度转换器将起始信号与终止信号的时间间隔转化为一个高度与之成正比的脉冲信号，即正电子的寿命与该脉冲信号高度成正比。
7.根据权利要求1所述的一种用于测量薄膜样品的正电子湮没寿命-动量关联谱仪，其特征在于，在计算机上编写数据采集程序连接数据采集设备，数据处理模块获取并处理采集得到的脉冲数据，其中一个模拟输入通道采集来自高纯锗探测器测量的正电子-电子对多普勒展宽，另外两个模拟输入通道采集正电子寿命，另外一个模拟输入通道采集反符合模块的正电子动能信号。
