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正电子是电子的反粒子，由狄拉克在1928年理论预言，1932年被安德森在宇宙射线中发现。当正电子与电子相遇时，会发生湮灭反应，两个粒子的质量完全转化为能量，产生两个能量各为511千电子伏特的伽马射线光子，这两个光子沿相反方向发射，夹角为180度。这个过程遵循能量守恒和动量守恒定律。
湮灭过程必须严格遵循能量守恒和动量守恒定律。两个静止粒子的总质量能量为1022千电子伏特，完全转化为两个光子的动能。由于初始动量为零，两个光子必须具有相等大小但方向相反的动量，因此它们沿180度反向发射。每个光子的能量恰好等于电子的静止质量能量511千电子伏特。这种特征使得正电子湮灭成为精确的能量和动量守恒的典型例子。
正电子寿命是指正电子从产生到湮灭的平均时间，它强烈依赖于材料的微观结构。在完美的晶体中，正电子主要与自由电子湮灭，寿命约为100到200皮秒。当材料中存在空位等点缺陷时，正电子容易被这些缺陷俘获，寿命增加到200到400皮秒。在多孔材料或含有空洞的材料中，正电子可以在空洞中形成正电子素，寿命可达1到10纳秒。通过测量正电子寿命，我们可以定量分析材料中缺陷的类型和浓度。
正电子湮灭谱学的实验装置主要包括正电子源、待测样品和探测器系统。钠22同位素作为正电子源，发射的正电子进入样品后经历热化和扩散过程，最终与电子湮灭产生两个511千电子伏特的伽马射线光子。两个探测器分别记录光子的到达时间，通过时间测量电路计算时间差，从而获得正电子的寿命信息。实验数据以寿命谱的形式呈现，谱线的形状和衰减常数直接反映了材料中不同湮灭位点的寿命特征。
正电子湮灭谱学在材料科学中具有广泛的应用价值。它可以检测金属材料中的原子尺度缺陷，研究聚合物的老化过程，测量多孔材料的孔隙率分布。不同材料的寿命谱呈现出特征性的差异：完美晶体显示单一的短寿命成分，含缺陷的材料出现多个寿命成分，而多孔材料则表现出长寿命成分。这种技术具有非破坏性检测、原子尺度敏感性和定量分析能力等优势，在半导体工业、材料工程和基础研究中发挥着重要作用。