Spektroskopia czasów życia pozytonów

Spektroskopia Czasów Życia Pozytonów (Ang. PALS) jest nowoczesną techniką pozwalającą na badania różnych własności materiałów, takich jak rozmiary wolnych objętości (w tym porowatość) czy aktywność chemiczna (np.: obecność wolnych rodników). Próbnikiem używanym w tej technice jest pozyton, który anihiluje z jednym z elektronów badanego ośrodka. Obecnie Katedra Fizyki Materiałowej Instytutu Fizyki UMCS dysponuje pięcioma spektrometrami PALS, których parametry pracy (takie jak zakres mierzonych czasów) mogą być łatwo przestrajane, w zależności od wykonywanych pomiarów.

W przypadku każdego pomiaru źródło pozytonów (izotop promieniotwórczy ²²Na), o aktywności dobieranej odpowiednio do każdego pomiaru, jest umieszczane pomiędzy dwoma fragmentami badanego materiału. Kwant promieniowania γ informujący o powstaniu pozytonu („Start”), jak i foton pochodzący z anihilacji („Stop”) są rejestrowane przez detektory scyntylacyjne (Scionix Holland) zaopatrzone w scyntylatory wykonane z fluorku baru. Do pomiaru czasu pomiędzy rejestracją sygnałów „Start” i „Stop” wykorzystywane są dwa rodzaje spektrometrów:

standardowe spektrometry typu „Fast-Slow” zbudowane na bazie komponentów takich firm jak Ortec, Canberra Packard, czy Polon Warszawa,
spektrometry cyfrowe, w których sygnały są rejestrowane i przetwarzane za pomocą szybkich digitalizerów (Acqiris).

Informacja o powstaniu i anihilacji pozytonów jest w technice PALS uzyskiwana poprzez rejestrację wysokoenergetycznych fotonów o dużej przenikalności.

Pozwala to na umieszczanie badanych próbek wewnątrz specjalistycznych komór, umożliwiających modyfikację warunków jakim te materiały są poddawane. Przykładowe możliwości, jakie dają komory pomiarowe znajdujące się w Katedrze:

pomiary materiałów w stałym (np.: metale, półprzewodniki, materiały porowate) jak i ciekłym stanie skupienia,
usunięcie z wnętrza wolnych objętości molekuł powietrza, poprzez zastosowanie komór próżniowych z pompami wysokiej próżni,
prowadzenie pomiarów w szerokim zakresie temperatur (od -180 ^oC do 200 ^oC),
obserwowanie In-situ procesu adsorpcji/desorpcji gazów w badanych materiałach),
poddawanie próbek wpływowi wysokiego ciśnienia (do 450 MPa) wywoływanego za pomocą prasy mechanicznej (Otto HS), lub poprzez penetrację badanego materiału przez molekuły gazu (kompresor wysokociśnieniowy Unipress U11),
prowadzenie pomiarów w długiej skali czasowej.

Aparatura PALS (zarówno spektrometry, jak i komory pomiarowe) znajdująca się w Katedrze posiada w zdecydowanej większości budowę modułową. Pozwala to na dużą swobodę w dobieraniu warunków planowanego eksperymentu. W przypadku materiałów niestandardowych istnieje możliwość zaprojektowania i wykonania uchwytów i innych elementów aparatury dedykowanych do konkretnego pomiaru.