Gamma ray induced positron annihilation spectroscopy at UVSOR-III BL1U

UVSOR-III BL1Uにおけるガンマ線誘起陽電子消滅分光法

平 義隆*; 岡野 泰彬*; 平出 哲也  

Taira, Yoshitaka*; Okano, Yasuaki*; Hirade, Tetsuya

日本のUVSORシンクロトロン施設で超短パルスガンマ線を用いたガンマ線誘起陽電子消滅分光法(GiPAS)を開発している。パルス幅がピコ秒のガンマ線は、750MeVの電子ビームと800nmレーザーの間の90度逆コンプトン散乱によって生成される。ガンマ線のエネルギーは6.6MeVで、照射すると材料内部で対生成により陽電子が生成される。生成された陽電子は、空孔、転位、空孔クラスターなどの固体結晶の原子スケールの欠陥に局在する。電子-陽電子対の結合状態であるポジトロニウムは、ポリマーの自由体積によって生じる空隙に局在する。したがって、陽電子はこれらの材料のナノ構造の優れたプローブとなる。さらに、円偏光レーザーによって生成された円偏光ガンマ線は、スピン偏極陽電子を生成することができる。スピン偏極陽電子は、欠陥の周りの電子スピンに関する追加情報を提供する。GiPASは現在、UVSOR-IIIのユーザーによって利用されている。

We are developing gamma-ray-induced positron annihilation spectroscopy (GiPAS) using ultra-short pulsed gamma rays at the UVSOR synchrotron facility in Japan. The gamma rays with the pulse width of picosecond range are generated by 90-degree inverse Compton scattering between a 750 MeV electron beam and an 800 nm laser. As the energy of the gamma rays is 6.6 MeV, gamma-ray irradiation produces positrons by pair production inside the material. Generated positrons localize on atomic-scale defects in solid crystals, such as vacancies, dislocations, and vacancy clusters. Positronium, the bound state of an electron-positron pair, localizes in vacant space caused by the free volume in polymers. Therefore, positrons are excellent probes of the nanostructure of these materials. Furthermore, the circularly polarized gamma rays generated by a circularly polarized laser can produce spin polarized positrons. The spin polarized positrons provide additional information about the electron spins around defects. GiPAS is currently available for users in UVSOR-III.