Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

Kapitel 6
Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit ist in drei große Themenbereiche unterteilt. Im ersten Teil wird ein
Überblick über den Stand der Forschung bei der Anwendung des Positrons als zerstörungsfreie
Sonde in der Materialuntersuchung gegeben. Der zweite Teil beschreibt die unterschiedlichen
Methoden, die zur ortsaufgelösten Messung von Plastizität und Ermüdung der Werkstoffe
heutzutage zur Verfügung stehen. In diesem Rahmen werden verschiedene Methoden
der Positronenvernichtung im Vergleich diskutiert. Im dritten Teil werden aktuelle Ergebnisse
aus der Materialforschung mit Positronen vorgestellt, sowie ein neuer zerstörungsfreier Ansatz
zur Vorhersage des Ermüdungsbruchs aus der Frühphase der Ermüdung präsentiert.
Das Positron als zerstörungsfreie Sonde für Gitterfehler
Ein Positron im Kristallgitter des Festkörpers agiert als hochsensible Sonde für Gitterfehler
mit offenem Volumen. Als positiv geladenes Teilchen wird es von den Atomrümpfen abgestoßen
und hat seine maximale Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Zwischengitter. Ein nicht
positiv geladener Gitterfehler, der das Gitter aufweitet, bildet ein attraktives Potential für das
Positron, in das es eingefangen werden kann. Die Zerstrahlung mit einem Elektron wird von
zwei lokalen Eigenschaften einer Positronenfalle beeinflußt: Der Elektronendichte und der
Elektronenimpulsdichte, die beide unmittelbare Auswirkungen auf die Zerstrahlungsparameter
haben. Die Elektronendichte ist umgekehrt proportional zur Positronen-Lebensdauer und
damit der Messung zugänglich. Über den Elektronenimpuls wird der Annihilationsstrahlung
eine Doppler-Verschiebung aufgeprägt, die zu einer Linienverbreiterung im Energiespektrum
der Annihilationsstrahlung führt. Diese ist über einen einfachen Linienformparameter, den
S-Parameter, quantifizierbar. Mittels dieser Größen können zerstörungsfrei Aussagen über die
Konzentration und die Art von Gitterfehlern gemacht werden.
Während der plastischen Verformung oder Ermüdung eines Werkstoffs werden über verschiedene
Prozesse Versetzungen erzeugt, wobei deren Konzentration über mehrere Größenordungen
ansteigen kann. Bei diesen Prozessen entstehen immer auch Punktdefekte, wie z.B.
atomare Leerstellen, Zwischengitteratome und Sprünge auf Versetzungslinien (Jogs). Besitzen
diese Defekte ein offenes Volumen, das einem attraktiven Potential entspricht, dessen
Tiefe groß im Vergleich zur kinetischen Energie des Positrons ist, wird es darin eingefangen
und kann bis zu seiner Zerstrahlung nicht mehr entkommen. Bei der Untersuchung der Plastizität
mit Positronen wird die Versetzungskonzentration indirekt über die Konzentration der
assoziierten Punktdefekte bestimmt, wobei das Signal eines Jogs dem einer Leerstelle entspricht.
Die Positronen-Annihilations-Spektroskopie (PAS), eignet sich daher hervorragend zur Untersuchung
plastisch verformter oder ermüdeter Proben, wobei die untere Ansprechschwelle
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