基于上海激光电子伽马源的正电子束研究

摘要: 本文研究了基于上海激光电子伽马源（Shanghai Laser Electron Gamma Source- SLEGS）的两种正电子束产生方法，通过蒙特卡洛程序Geant4模拟研究了单靶磁场分离和多靶侧向引出模式下的正电子靶选择、偏转磁铁和聚焦系统设置，本底干扰及抑制等，根据模拟分析，优化了正电子束流产生参数，在SLEGS获得MeV能级的高质量正电子束流并建设正电子束应用平台，将SLEGS的研究扩展到正电子束湮灭实验等应用领域。在SLEGS伽马射线能量在0.66-21.7MeV连续可调，伽马束流强度~107 photons/s条件下，通过单靶磁场分离模式得到了正电子能量范围为1.0- 12.9 MeV，流强密度为102- 103 e+/s/cm2的正电子束。优化的螺线管多靶侧向引出模式使正电子束具有更好的流强和能量分辨，并可有效避免了伽马本底的影响，最后得到的正电子能量范围为1.0 MeV- 9.1 MeV，流强密度为～103 - 105e+/s/cm2。实验测量了SLEGS正电子湮灭产额及伽马射线角分布，LaBr3(Ce)探测器测量得到全空间正电子湮灭伽马射线约为2.5×108 photons，而模拟计算中4π立体角收集得到的511 keV射线总计数为2.47×108 photons，在误差范围内与模拟结果符合一致，验证了模拟分析的可靠性。文中同时还展示了SLEGS正电子湮灭寿命谱测量的探测器与电子学布局，以及初步实验研究情况，未来考虑通过从储存环加速器、短脉冲激光等方法引出更准确的起始时间信号，从而获得精确正电子湮灭寿命谱。