Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

Gerade die letztere Eigenschaft macht LSO zu einem attraktiven Szintillatormaterial für die
Lebensdauermessung. Durch eine hohe effektive Kernladungszahl von 65.8 und eine Dichte
von 7.49 g/cm 3 besitzt LSO einen Absorptionskoeffizienten für -Strahlung in der Größenordnung
von Wismutgermanat (BGO) [126].
Natürliches Lutetium enthält einen Anteil von 2.6% des instabilen Isotops 176 Lu, das über
ß - -Zerfall mit einer Halbwertszeit von 3.8×10 10 y zu 176 Hf zerfällt. Die daraus resultierende
spezifische Aktivität von ~10 Bq/g erzeugt einen intrinsischen Untergrund im Energiespektrum
des Szintillators. Das Maximum des Spektrums von 176 Lu liegt bei 600 keV und hat nur
verschwindende Anteile größer als 1 MeV [127]. Da die Zerfälle von 176 Lu nicht mit den Signalen
des Positrons korreliert sind, kann es am Startdetektor diskriminiert werden und stört
nicht bei der Lebensdauermessung, solange die Positronenzählrate signifikant größer ist als
der intrinsische Untergrund. Abbildung 2.9 zeigt die Energiespektren von LSO und BaF 2 im
Vergleich. Im Gegensatz zu BaF 2 erzeugen die 1275 keV Gammas im LSO einen deutlichen
Photopeak. Das bedeutet, daß der Compton-Anteil nicht mit in die Start-Signale hineingenommen
werden muß und ein enges Energiefenster am Diskriminator eingestellt werden kann
(in Abbildung 2.9 blau hinterlegt).
Ein erster Test an einer ausgeheilten Ni-Probe hat die Eignung von LSO für die Lebensdauerspektroskopie
unter Beweis gestellt [127]. Durch die Abwesenheit einer zweiten Abklingzeit
im Szintillationslicht ließ sich das Spektrum ohne Probleme mit einer einkomponentigen Auflösungsfunktion
analysieren.
2.3.3 --Koinzidenz
Eine Alternative Messung der Lebensdauer ist mit der --Koinzidenz möglich [128,129], die
gegenüber der --Koinzidenz einige Vorteile bietet. Hierbei wird eine kleine Positronenquelle
in einem Kollimator in einen Lichtleiter montiert, der sich auf der Frontseite eines Photomultipliers
befindet. Bei bereits realisierten Experimenten befindet sich ein Szintillatorplättchen
(Plastik) vor der Austrittsöffnung des Kollimators, in dem der Energieverlust der durchfliegenden
Positronen das Start-Signal erzeugt. Das Stop-Signal wird mit einem zweiten Detektor
nachgewiesen, der entweder hinter der Probe oder in 90° zum ersten angeordnet ist
[130]. Generell ermöglichen --Spektrometer höhere Koinzidenzraten als --Spektrometer
[99].
Um eine ausreichende Transmission zu erreichen, wird ein hochenergetischer Positronenemitter
mit kurzer Halbwertszeit verwendet (in [130]: 72 Se/ 72 As: E End = 2.5 und 3.3 MeV,
½ = 8.4d). Die hohe Positronenenergie bringt den Nachteil mit sich, daß die Positronen Strahlenschäden
im Szintillator hervorrufen, so daß dieser innerhalb weniger Tage degeneriert. Ein
ganz entscheidender Vorteil hingegen ist, daß keine Sandwichgeometrie nötig ist, was Messungen
auch an inhomogenen Proben ermöglicht. Da es praktisch unmöglich ist, zwei identische
Ermüdungsproben herzustellen, wird die --Spektroskopie vorzugsweise bei der Messung
der Lebensdauer in plastisch deformierten [131] und ermüdeten [99,130,132] Metallen
eingesetzt. Der nächste Entwicklungsschritt hin zur praxisnahen Anwendung der Positronen-
Lebensdauer ist ein robustes mobiles Lebensdauerspektrometer mit langen Wartungsintervallen,
da in der praktischen Anwendung ein Wechsel von Szintillator und Quelle alle paar Tage
nicht vertretbar ist.
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