Geant4模拟正电子在金属中的湮没
  正电子是人类发现的第一个反物质，它是电子的反粒子。正电子的质量与电子相同，电荷量也相同但它带正电荷，与电子电荷相反。正电子进入物质后与物质中的电子可以发生湮没，也可以跟电子结合形成亚稳态原子——电子偶素然后再湮没。电子偶素或正电子的湮没均发射特征γ射线，这是质量转化成能量的典型例证。利用现代核谱学方法可以精确测量电子偶素和正电子的湮没辐射能谱、湮没寿命谱和湮没辐射角关联，从而可以得到有关物质微观结构的信息。多年以来，低能正电子与物质的相互作用的实验技术越来越完善，逐渐形成了一门新兴的独具特的交叉科学——应用正电子谱学，并在凝聚态物理、材料科学、化学、原子分子物理以及生物医学等领域得到广泛应用。
关键词：正电子；寿命谱；湮没；
绪论
本文用慢正电子束在用于测量材料的微观属性上起到了重要作用，它以它独特的优点被广泛用于许多领域。本文主要介绍了基于Geant4模拟的能量为1kev至50kev的慢正电子束射入金属材
料中，正电子在材料中通过背散射等各种相互作用，测量其在材料中的注入分布。把通过模拟所得到的数据与实验测得的数据进行比较，分析模拟中的不足。
                    背景
    在正电子湮没技术上发展的慢正电子束技术在过去的几十年里得到了巨大的发展。今天，它作为一种标准的技术用于描述固体和液体的特性。慢正电子束技术有两大独特优点，一是对样品中原子尺度的缺陷极为敏感；二是对样品几乎没什么限制，只要是涉及到材料的电子密度及电子动量的有关问题，原则上讲都可以用正电子湮没技术来研究。
    1950年 Madansky和Rasetti提出了正电子慢化技术设想，我们把从放射源发射的正电子打入对正电子具有负功函数的固体中，正点子就能从表面逸出，而此时的正电子的能量比较低，仅为eV量级。我们通过电磁场把正电子收集起来，再加速到一定速度，以供我们使用。我们可以利用不同能量的正电子束打入材料的不同深度，得到正电子在材料不同深度的湮没数据，从而得到材料不同深度的物理性质。而把高能正电子慢化成低能正电子的固体便称为慢化体。
    1958年Cherry在实验上首次实现，他用了Au-云母慢化体，其慢化的效率大约为。
    1969-1971年，伦敦大学的正电子研究小组用源强约为Bq的,用Au覆盖云母做慢化材料，通过变换不同的慢化体及慢化几何结构，最终采取Au覆盖云母加烟熏MgO,并才去百叶窗几何结构，成功获取了用以开展散射截面实验的足够数量的低能正电子。
第一章  正电子束的产生和运输
    在目前已经建成的慢正电子束流装置中，它们所采用的正电子源可以分为两种，一种是利用电子直线加速器打靶产生的正电子，再经过热化成为能量可调单能慢正电子束，其束流强度较大，但是必须依赖于电子的加速器。另一种是利用放射性同位素衰变产生正电子，投资的相对较少，但是受放射源强度限制导致束流强度偏弱。而如果从束流是否连续又可以分为脉冲束流与连续束流。脉冲正电子束流可以获得正点的起始信号，用于测量正电子的寿命谱。而连续束流缺乏时间关联，用于多普勒展宽谱的测量。
1.1 源的选择
    一般的情况下，具有衰变放射性核素都是缺中子核素，但它们寿命并不长。对于放射源选择，既要有合适能量，适中价格，较大的半衰期以及大的发射正电子分支比。综上考虑，我们选择了，它的价格适中，发射正电子分支比为90%，半衰期为2.6a。
1.2 正电子的慢化
    源放射出的正电子能量在0~0.545MeV范围内分布（如图【1】，图中左侧的竖框表示用慢化体方法得到慢正电子的产额）。 
               
                                    【1】     
    当我们加入慢化体后，慢化体的效率通常由三个因素决定：1、慢正电子中能扩散到表面的正电子比例；2、快正电子在慢化体中的注入深度分布；3、扩散到表面后能从表面发射出的正电子的比例P。此时，定义慢化体的效率ε为：
ε=
式中：ρ——慢化体的密度，；
      ——正电子在慢化体中的寿命；
      ——注入正电子的最大能量；
      ——正电子扩散系数，。
    1978年Mills发现了高效的真空退火W慢化体。利用W（100）单晶做慢化体，慢化效率达到了 ，至今报道的效率最高的W单晶慢化体是Vehanen等用W（110）单晶加氧化处理的，效率为。     
   
    慢化体的几何结构，正电子源和慢化体以及重发射侧面的关系大致可分为以下五类：
    1、透射式：顾名思义，正电子的入射与出射分别在慢化体的两侧，这样就要求慢化体不能厚，缺点就是薄膜易有缺陷， 而缺陷捕获正电子而降低正电子的重发射概率。
    2、背散射式：正电子的入射与出射在慢化体的同一侧，这种散射的效率比较高，但是，
由于出射的慢正电子被放射源挡住，会损失部分慢正电子。
    3、惰性气体覆盖式：放射源上用惰性气体冷凝，效率相对比较高，但对环境温度的要求高，设备相对也比较复杂。
正则化粒子滤波    4、源和慢化体一体化自慢化式：如，既是慢化体又是源，源必须做成薄膜，因为如果源厚度过厚，内部正电子不能扩散到表面，造成自吸收。
    5、百叶窗式：能量较低的正电子可以在电场的作用下偏转穿过叶片间隙，而能量较高的正电子则不能。
1.3正电子束流的输运

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