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INTRODUCCIÓN
La Espectroscopia de Aniquilación de Positrones (PAS)
es una técnica no destructiva que permite el estudio de la estructura
electrónica y defectos en sólidos. El análisis de la densidad electrónica local
y de la distribución de energía y momento
de los dos fotones gamma de aniquilación de un positrón proporciona información
muy valiosa sobre entorno químico y físico de la región donde se ha producido la
aniquilación.
Las técnicas de estudio del comportamiento de los
positrones en materiales se pueden clasificar principalmente en dos grupos,
según se basen en el principio de conservación del momento en el proceso de
aniquilación (Espectroscopía de Ensanchamiento Doppler y Correlación Angular
de la Radiación de Aniquilación)
o en la sensibilidad de los positrones a la densidad electrónica
(Medida de Tiempos de Vida). Estas dos
cualidades difieren en cristales con defectos respecto de aquellos sin defectos
y, por lo tanto, nos permiten realizar un estudio del tipo y densidad de
defectos en un cristal. En este trabajo se centra el interés en la Técnica de
Ensanchamiento Doppler de la línea de aniquilación.
El positrón,
e+, es la antipartícula del electrón, e-
, tiene la misma masa que éste y la mayoría de sus
propiedades, salvo su momento magnético y su carga, cuya magnitud es exactamente
igual pero con signo positivo.
Los positrones pueden ser creados al incidir e interaccionar radiación gamma de suficiente energía con la materia. Experimentalmente se ha encontrado que cuando esto ocurre se da la reacción:
Este proceso
recibe el nombre de
creación
de pares
y sólo tiene lugar en un medio material, nunca en el vacío, dado que es
necesaria la conservación de energía y momento.
Otra forma de obtener
positrones es mediante la desintegración
b+ de isótopos
radiactivos:
Se producen positrones y
neutrinos, procedentes de la
transformación de un protón en un neutrón dentro del núcleo. El positrón y el
neutrino son expulsados con una energía variable. Como resultado, tenemos un
núcleo con el mismo número másico y número atómico disminuido en la unidad.
No obstante, la
vida del positrón es muy corta, por lo que no es fácil de observar en la
naturaleza.
Al difundirse por la materia, los positrones interaccionan electromagnéticamente con los electrones del medio, se aniquila el par y su energía se transfiere al campo electromagnético (se producen fotones).
Las fuentes
convencionales de positrones para la Espectroscopia de Aniquilación de
Positrones son los radioisótopos
artificiales emisores de radiación
b+. Los espectros
de los positrones emitidos por dichos radioisótopos son continuos y
abarcan desde prácticamente 0 hasta
el orden de 1 MeV, dependiendo del emisor.
El radioisótopo
más frecuentemente utilizado en PAS es el 22-Na cuya vida media es de unos 2.6 años. Su principal
característica es la emisión de un fotón de 1.27 MeV
casi simultáneamente con la emisión del positrón. Se puede determinar la vida del positrón
a partir del tiempo transcurrido
entre la emisión del fotón de 1.27 MeV y el fotón de aniquilación de 0.511
MeV,
mediante un sistema de coincidencias. Además, su precio razonable y su fácil
obtención en laboratorio a partir de diferentes sales de sodio en disolución
acuosa, tales como el cloruro sódico o acetato sódico, hacen de este
radioisótopo uno de los más utilizados en la investigación con positrones.
Figura 2.1. Esquema de desintegración
del isótopo radiactivo de 22Na
Para asegurar que la mayor parte de los positrones emitidos por la
fuente penetre en la muestra y garantizar así un mejor rendimiento, la fuente se
sitúa entre dos muestras idénticas, en una disposición tipo sándwich. De esta forma, sólo una pequeña fracción de positrones escapa sin penetrar
en la muestra.
Figura 2.2. Esquema fuente-muestra con
una disposición en sándwich.
Las muestras deben ser idénticas en cuanto a naturaleza y tratamiento, no importando tanto la forma o el tamaño de las mismas, aunque deben de tener un espesor mínimo (<0.1mm) para garantizar así que una fracción importante de positrones se aniquila dentro de ambas.