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正电子是电子的反粒子，带有正电荷。当正电子与电子相遇时，会发生湮没反应，两个粒子的质量完全转化为能量，产生两个方向相反的伽马射线光子，每个光子的能量为511千电子伏特。这一过程严格遵循能量守恒和动量守恒定律，是正电子湮没技术的物理基础。
湮没产生的伽马射线具有511千电子伏特的特征能量。由于多普勒效应，实际测量的能谱会出现展宽，这反映了湮没电子的动量分布。通过角关联测量可以获得空间分布信息。能谱峰形包含了丰富的材料微观结构信息，不同的缺陷环境会导致谱线形状的变化，这些特征为材料表征提供了重要基础。
正电子湮没谱仪由几个关键部分组成。正电子源提供稳定的正电子束流，样品室用于控制测量环境和温度。探测器系统捕获湮没产生的伽马射线，符合电路确保同时性测量的准确性。数据采集系统记录时间和能量信息，整个系统协同工作，实现对材料的高精度分析。