自从在宇宙射线中发现 子后,对μ子的研究和套用逐渐发展起来,但是宇宙射线中的μ子强度太低、能量太高且不可控制,这些都限制了对μ子科学的研究。随着质子加速器的发展和μ子基本物理性质的发现,高强度的μ子束在粒子物理、材料科学、能源科学、生命科学等领域都有重要作用。
基本介绍
- 中文名:μ子束
- 外文名:Muon beam
- 套用学科:能源工程
- 範畴:工程技术
- 涉及:物理学
- 方法:μSR
概述
自从在宇宙射线中发现
子后,对
子的研究和套用逐渐发展起来,但是宇宙射线中的
子强度太低、能量太高且不可控制,这些都限制了对
子科学的研究。随着质子加速器的发展和
子基本物理性质的发现,高强度的
子束在粒子物理、材料科学、能源科学、生命科学等领域都有重要作用。其中利用自旋极化的
子束作为磁探针来研究凝聚态的方法称为
(muonspinrotation/relaxation/resonance)技术。
技术的基本原理是极化
子束注入材料后,它的自旋与材料中磁场相互作用,自旋方向会发生变化,之后衰变产生的正电子倾向于沿着
子极化方向出射,通过探测正电子的空间和时间信息可以获得材料中磁场的相关信息。基于质子加器的高强度极化
子源是通过高能质子轰击石墨靶得到的。质子与靶核反应产生
介子,由静止在靶表面附近的
介子衰变产生的
子,称为表面
子,极化率接近100%;飞行中的
介子产生的
子,称为衰变
子,经过某一动量筛选可得到极化率约70%的较高能量的
子束。这两种类型的,源能量都在
量级,在实验中测量得到的是体材料性质。通过慢化表面
子得到的慢
可研究纳米材料、薄膜材料、样品表面等的性质。由于
子慢化效率较低,高强度
子源是得到可用于实验的慢
源的前提;高强度
子源同时也是通过準直等方法获得较小束斑或微束
源的前提。




























PSI上的μ束线和谱仪
基于PSI质子加速器有7条
子束线中名字里有含有E的束线是基于厚靶产生的
子束流线(E是法语“Epaisse”,靶厚度是40或60mm),包含M的束线是基于薄靶产生的
子束流线(M是法语“Mince”,靶厚度为5mm)。
子是由2mA、590MeV质子束流轰击靶材里的核子产生的
介子衰变而来的。可以得到以下几种不同能量範围的
子:(1)从靶表面产生的表面或者亚表面
(动量範围5-30MeV/c);(2)由靶外的
介子衰变产生正和负的衰变
(动量範围10-280MeV/c);(3)由低温慢化体将表面
变成超热
,然后再通过一系列的加速和聚集、传输最终达到能量30keV。































位于
束线上的GPD(GeneralPurposeDecay-ChannelSpectrometer)谐仪,如图1(b),正负
子动量範围为60-125MeV/c,主要是衰变
。它有两个準直器,圆柱型準直器可以将束斑分别準直到直径为16、12、10、8或6mm,矩形準直器的孔大小为
。在準直器和样品室之间是厚度为2mm的塑胶闪烁体作为入射
子探测器,并有4mm厚的上下左右的正电子-电子探测器,探测器系统的时间解析度约为1ns。样品室的主要磁场大小为0~0.66T,垂直或者平行于
子自旋方向。用不同的低温恆温器(OxfordSorptionPumped3HeCryostattype,Janis4HeVaporizerCryostat,NewChemistryCryostat)可以使样品室的温度範围达到0.3-500K。













