Reactions of free positrons in low temperature polyethylene; Delayed Ps formation and positron localization

低温ポリエチレン中における自由陽電子の反応; 遅延ポジトロニウム形成と陽電子局在

平出 哲也  ; 鈴木 直毅*; 斎藤 文修*; 兵頭 俊夫*

Hirade, Tetsuya; Suzuki, Naoki*; Saito, Fuminori*; Hyodo, Toshio*

分子性固体中では、低温において捕捉電子と自由電子によるポジトロニウム形成が起こる。従来考えられてきた陽電子の運動エネルギーによる吸熱反応を伴うOre過程によるポジトロニウム形成,あるいは入射陽電子自体が引き起こすイオン化により生じる過剰電子がもたらすスパー過程によるポジトロニウム形成の機構は、いずれも「速い反応」である。しかし、最近、われわれが見いだした捕捉電子と自由陽電子から生じるポジトロニウムは、陽電子の入射後ある程度時間が経ってから生じることが予測され、われわれはこの遅延ポジトロニウム形成を、消滅寿命と消滅時の運動量の相関を測定することで実験的に検証した。今回、われわれは、測定で得られた寿命-運動量の相関に基づき、陽電子反応モデルの特定を試みた。すなわち、Ore過程やスパー過程による「速い」ポジトロニウム形成を逃れた自由陽電子が、その後でポジトロニウムを形成する場合には、自由陽電子の局在化を考慮するモデルが妥当との結果が得られた。これにより、寿命-運動量の相関をうまく説明できた。

Positronium (Ps) can be formed by a reaction of trapped electrons and free positrons at low temperatures in molecular solids. While Ps formation by Ore and spur process must be fast, Ps formation by trapped electrons and free positrons is possible even at later positron age. The evidence of this delayed Ps formation was obtained by age-momentum correlation measurement of electron-positron pair annihilation -rays. In this work the parameter curves measured with trapped electrons and no trapped electrons in polyethylene are interpreted by introducing possible positron reactions. Positrons that escape from Ps formation by the Ore and the spur processes have chance to form Ps with trapped electrons. This Ps formation competes with the positron localization resulting from the trapping between molecules or the weakly binding on molecules, ions, or radicals. Assuming the possibility of both the delayed Ps formation and delayed positron trapping and that S-parameters for ortho-Ps and free positrons are the same, we obtain a good fit to the observed time dependent S-parameter curves .