Untersuchung von Einzelausscheidungen in Aluminiumlegierungen ...

2.4. POSITRONENSPEKTROSKOPIE 43
Vierervektors untersuchte [Dir30]. 1932, im Jahr der Entdeckung des Neutrons,
entdeckte und benannte Carl Anderson 9 in Nebelkammerspuren der
kosmischen Höhenstrahlung das Positron [And33]. Das Positron wurde erstmalig
in den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts zur Untersuchung von
Festkörpern eingesetzt [Beh42]. Die Untersuchungen in der Positronenannihilation
gewannen zusätzlich an Bedeutung, als von De Benedetti gefunden
wurde, dass die beiden Annihilationsquanten im Laborsystem nicht exakt
kollinear sind [DeB49].
Das Positron, als das Antiteilchen des Elektrons, hat die gleiche Masse und
den gleichen Spin wie das Elektron, ist aber positiv geladen; sein magnetisches
Moment ist daher parallel zum Spin. Im Vakuum ist ein Positron stabil (
τ 1/2 > 2 ⋅ 10 22 Jahre [Sch88]). In kondensierter Materie annihilieren das Elektron
und sein Antiteilchen, das Positron, bei Aufeinandertreffen nach einer
kurzen Zeit, in der Größenordnung 100-300 ps, unter Erzeugung von zwei
oder drei Photonen zu Gammastrahlung. Im Schwerpunktsystem werden bei
der Annihilation in den meisten Fällen zwei γ-Quanten emittiert, die sich
mit gleichem Impuls und einer Energie von je 511 keV in entgegengesetzte
Richtungen relativ zum ursprünglichen Massenmittelpunkt bewegen.
Das Positron kann mit einem Elektron allerdings nur für kurze Zeit auch einen
gebundenen Zustand bilden. Das um den gemeinsamen Massenmittelpunkt
„kreisende“ Elektron-Positron-Paar, welches an ein Wasserstoffatom erinnert
und daher Positronium genannt wird, endet ebenfalls mit der Annihilation.
Das Positronium, dessen Bildung in Metallen durch die Abschirmung der Positronenladung
durch die umgebenden Leitungselektronen verhindert wird,
bildet sich vorzugsweise in Isolatoren und im Vakuum ( Bindungsenergie 6.8
eV).
Mit Positronen lassen sich die Impulsdichten der Elektronen darstellen und
Informationen aus dem Impulsraum direkt gewinnen, da die Erhaltungssätze
für das Elektron-Positron-Paar vor und nach der Annihilation gelten und
die Informationen über den Elektronenimpuls in der Annihilationsstrahlung
nicht verloren gehen.
Werden Positronen im Kristallgitter durch das lokal negative Potential eines
Defektes gebunden, so ändern sich die Eigenschaften der Annihilationstrahlung
in Abhängigkeit von Defekttypen charakteristisch. Dank dieses Charakteristikums
wird das Positron als Sonde zur Untersuchung von Defekten
eingesetzt [Mac67].
Die Messung der Impulsdichteverteilung im Festkörper kann z.B. zur Rekon-
9 Drei Jahre später entdeckte C. Anderson das Myon in Nebelkammerspuren, die auf
dem Pike’s Peak in Colorado aufgezeichnet worden waren. 1936 wurde er für seine Entdeckungen
mit dem Nobelpreis geehrt.