In oude kathodestraal-tv's, een beeld wordt gegenereerd wanneer een elektronenstraal een fosforscherm bestraalt, waardoor de fosfor licht uitstraalt. Nu in een nieuwe studie, onderzoekers hebben ontdekt dat een bundel positronen (positief geladen anti-elektronen) die invalt op een fosforscherm significant meer luminescentie produceert dan een elektronenbundel.

Toen de onderzoekers aan hun onderzoek begonnen, ze verwachtten dat de toepassingen voornamelijk utilitair zouden zijn:voornamelijk, de verschillen begrijpen tussen het gebruik van positronen en elektronen bij het uitvoeren van experimenten met fosforschermen als positrondiagnostiek. Echter, de verschillen waren veel interessanter dan ze hadden verwacht, die de potentiële toepassingen kunnen uitbreiden naar gebieden zoals het ontwerpen van nieuwe diagnostische systemen en het leren van meer over de eigenschappen van luminescerende materialen.

De wetenschappers, E.V. Stenson, U. Hergenhahn, MR Stoneking, en T. Sunn Pedersen, aan het Max Planck Instituut voor Plasmafysica, onder andere instituten, hebben een artikel gepubliceerd over hun vergelijking van positron- en elektronenluminescentie in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

In hun experimenten, de onderzoekers vergeleken de luminescentie opgewekt door een positronenstraal met die geëxciteerd door een elektronenstraal voor twee verschillende fosforen (ZnS:Ag en ZnO:Zn). Voor beide fosforen geldt de algemene resultaten waren vergelijkbaar. Naarmate de bundelenergie toenam vanaf nul, de hoeveelheid door positronen geïnduceerde luminescentie nam snel toe, terwijl de hoeveelheid door elektronen geïnduceerde luminescentie veel geleidelijker toenam. Boven een bepaald niveau van bundelenergie, beide soorten luminescentie groeiden lineair met ongeveer dezelfde snelheid. Dus bij zeer hoge straalenergieniveaus, het verschil tussen door positronen en elektronen geïnduceerde luminescentie werd verwaarloosbaar.

In plaats daarvan, het meest opvallende verschil deed zich voor bij de lagere energieniveaus van de bundel. Bijvoorbeeld, om dezelfde hoeveelheid luminescentie te produceren die wordt geproduceerd door een elektronenstraal met enkele duizenden elektronenvolt energie, een positronenbundel vereiste slechts enkele tientallen elektronenvolt (eV) voor ZnS:Ag, en voor ZnO:Zn, zelfs minder dan 10 eV. Zoals de onderzoekers uitleggen, het enorme verschil komt voort uit de vernietiging van positronen, die grotere aantallen aangeslagen toestanden in de fosformaterialen produceert.

Aangezien positronen kunnen worden gebruikt als hulpmiddel om over fosforen te leren, en fosforen kunnen worden gebruikt als een hulpmiddel om over positronen te leren, de onderzoekers verwachten dat de resultaten voor beide gebieden interessant zullen zijn.

"Voor onderzoekers die kijken naar incidenten van positronen op materialen, het zijn de positronen die het object van belang zijn, " vertelde Stenson Phys.org . "In dit geval, een fosforscherm wordt gezien als slechts een hulpmiddel om meer te weten te komen over de positronen, bijvoorbeeld zoiets simpels hoeveel van hen heb je beschikbaar als ingrediënten voor het maken van anti-atomen of materie-antimaterie plasma's.

"Voor andere onderzoekers het is andersom, waar positronen een hulpmiddel zijn om over een bepaald materiaal te leren. Men kan dit doen, bijvoorbeeld, door te kijken hoe lang het duurt om positronen te vernietigen met een bepaalde vaste stof of vloeistof of gas, onder welke hoeken positronen verstrooien van een materiaal, of het energiespectrum van elektronen die worden uitgezonden door een materiaal waarin een positronenbundel annihileert."

Vanwege het opvallende verschil tussen elektronen en positronen, de resultaten bieden ook een nieuw hulpmiddel om de eigenschappen van lichtgevende materialen in het algemeen te begrijpen.

"Lichtgevende materialen hebben een lange geschiedenis, decennialang gebruikt in zaken als kathodestraalbuizen, en ze worden nog steeds ontwikkeld voor een verscheidenheid aan nieuwe toepassingen, Stenson zei. "Luminescente materialen hebben toepassingen variërend van consumptiegoederen (displays, nagloeimaterialen) tot gespecialiseerde detectoren (gassensoren, scintillatoren) tot nanodeeltjes die worden gebruikt voor de behandeling van kanker."

Stenson legde uit dat, ondanks dat deze materialen zo'n lange geschiedenis hebben, er zijn nog open vragen over belangrijke aspecten van de fysica van lichtgevende materialen. Deze vragen omvatten de structuur van luminescentiecentra, de excitatie- en relaxatieroutes voor kathodoluminescentie, en de oorsprong van de 'dode spanning', dat wil zeggen, waarom elektronen met minder dan een keV of twee energie geen detecteerbare luminescentie produceren in veel fosforen.

"Ik verwacht dat verdere studies van door positronen geïnduceerde luminescentie (bijvoorbeeld het vergelijken van het spectrum van licht geproduceerd door laagenergetische positronen versus hoogenergetische positronen versus hoogenergetische elektronen) zal een waardevol middel zijn om deze open vragen te onderzoeken, vooral in combinatie met andere benaderingen die al in gebruik zijn voor het bestuderen van lichtgevende materialen, ' zei Stenson.

© 2018 Fys.org