米乐m6中国官方网站 通过数字化低能正电子束的寿命测量达到实用水平

米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）材料测量标准研究部[研究部部长高津明子]纳米结构材料评估研究小组伊藤贤士研究小组组长，分析测量标准研究部[研究部部长野中秀彦]Takashi]（以下简称“TechnoAP”）与研究开发总监渡边扶男和常务董事新井洋一合作，我们能够精确评估分子路径的尺寸（纳米以下的间隙）尺度：亚纳米空间），是功能薄膜材料性能的决定性因素。低能正电子寿命法高速数字测量技术

传统，低能耗正电子使用光束的正电子寿命测量系统用于评估薄膜材料，但使用模拟方法的传统寿命测量存在诸如丢失检测信号以及将信号转换为寿命的变化等问题。新开发的高速数字测量技术可以跟随低能正电子寿命测量系统的数十兆赫兹运行，并且没有发现模拟方法的变化。 Techno-AP基于该技术投入实用的测量系统将提高薄膜元件评估的可靠性，有望为水处理过滤膜等各种功能材料的开发等制造业做出贡献，提高竞争力。

低能正电子束正电子寿命测量系统的配置（左）， 数字信号处理电路内置测量模块（右）

需要一种能够评估纳米级以下间隙（亚纳米空间）尺寸的技术，这些间隙是功能薄膜材料中分子的通道。当对亚纳米空间敏感的正电子（带正电的电子反粒子）被驱动到材料中时，它们与周围的电子成对湮灭，产生光（湮灭伽马射线）。正电子消失所需的时间称为其寿命，正电子所处的空间越大，其寿命越长，因此亚纳米空间的大小可以从其平均寿命来评估。使用高能正电子的测量适用于大块样品。另一方面，低能正电子对样品的穿透长度较短，并且主要在表面附近与电子成对湮灭，因此使用低能正电子束的正电子寿命测量系统用于评估薄膜材料。然而，过去使用模拟电子电路来测量寿命，这会导致检测信号丢失以及将这些信号转换为寿命的过程中出现偏差等问题，因此需要解决这些问题。

在AIST，我们开发了高强度正电子束发生技术、流行系统、高灵敏度微束系统的控制技术，以及精确测量材料中正电子寿命的成熟技术。AIST 新闻稿 2001 年 5 月 28 日、2008 年 8 月 28 日、2012 年 6 月 26 日、日本科学技术协会今天2009 年 9 月号 [PDF：14MB]、2012 年 12 月号 [PDF：12MB]）。此外，为了确认正电子湮没寿命测量结果的有效性标准材料的研发日本科学技术协会今天2011 年 2 月号 [PDF：860KB]）。

Techno AP主要研发、制造和销售辐射测量设备，一直致力于可应用于正电子寿命测量的数字测量系统的实际应用。到目前为止，模拟电子电路可重写逻辑集成电路（现场可编程门阵列:FPGA)的数字信号处理系统所取代。

这次，通过合并和利用两家公司的核心技术，我们的目标是开发一种使用低能量正电子束的高精度、高速数字测量技术，消除了将模拟电子电路产生的检测信号转换为寿命值时的变化（图1），并且可以处理传统数字通用测量模块无法处理的数十兆赫的宽带信号。

此项开发是在“茨城县下一代技术商业化产学合作项目（2017-2018）”的支持下进行的。

图1 正电子寿命数字测量技术实现高精度

在使用正电子对薄膜进行分析时，从表面发射一束低能正电子，测量其在亚纳米空间中消失的时间（寿命），并将此过程重复约100万次，以确定正电子的平均寿命。它们的寿命极短，为纳秒量级，而在低能正电子束测量中，正电子以数十兆赫兹的频率注入（高速循环），因此为了提高测量结果的可靠性，需要在一定时间内准确稳定地持续测量正电子寿命。

在这次开发中，我们对决定正电子注入时间的数十兆赫信号（对应于正电子产生的信号）和正电子湮灭时的信号进行了计数和数字化，没有遗漏任何遗漏。我们设计了一种新的FPGA，可以从多个定时信号中快速确定单个正电子的产生和湮灭的组合，并正确选择该组合，将其转换为数字信号处理电路，并将其纳入测量模块（示意图（右）（垂直26厘米宽19厘米），照片1（a））。此外，在计算机上生成寿命分布，以确定所选正电子产生和湮没数据集的平均寿命离线分析代码我们优化了结合了这些测量模块和离线分析代码的原型系统（示意图（左），照片1（b）），并调整了每个参数，以使用来自低能正电子束系统的信号处理和分析数字化波形，以便能够正确测量正电子的寿命分布。此外，通过将AIST开发的标准材料的测量结果（图2）与其特性值进行比较，确认了有效性。结果，我们消除了传统模拟电子电路中将检测信号转换为寿命值时出现偏差的原因，并实现了一种实用的高速数字测量技术，其计数速度比用于散装样品的数字通用测量模块快约30倍。基于这些结果，Techno-AP开发了一种系统，该系统可以通过单次触摸来执行一系列正电子寿命测量，并结合具有与温度控制器等外部设备同步功能和保存复杂设备参数功能的控制软件。

照片 1：(a) 内置于电源盒中的测量模块和 (b) 结合低能正电子束的外观

图2 正电子寿命分布的测量示例

未来，我们的目标是将开发的技术引入各国拥有通用正电子寿命测量系统和低能正电子束测量系统的私营公司、大学和研究机构。使用所开发技术的测量系统将于 2019 年 5 月起在 Techno AP 上接受订购。

◆低能正电子寿命法

一种通过测量正电子寿命来评估材料中间隙的分析方法。在聚合物材料中，分子间间隙的大小可以根据寿命来估计。日本先进产业科学技术机构（现在的 AIST）是世界上第一个开发出一种使用低能正电子束同时测量薄膜材料中的短寿命和长寿命正电子成分的方法。[返回来源]

◆正电子

人类发现的第一个反粒子。质量与电子相同，但电荷符号相反。当正电子遇到电子时，它会湮灭成高能光，称为湮灭伽马射线。它们在物质中只能存在很短的时间（几纳秒），它们的寿命取决于它们消失的空间大小。还可以使用正电子发射断层扫描来检测正电子 (正电子发射断层扫描：PET）也用于医学诊断。[返回来源]

◆标准材质

一种物质，其制备得足够均匀和稳定，具有适合测量方法的一种或多种定义的特性。这次，使用了日本产业技术研究院开发的正电子寿命测定用标准材料，确认了所开发的测定系统的测定结果的正确性。[返回参考源]

◆可重写逻辑集成电路

现场可编程门阵列 (FPGA)。普通大规模集成电路（大规模集成电路：LSI），一旦将电路元件安装在半导体板上，就无法更改电路，但在FPGA中，许多小型逻辑电路以阵列形式连接，可以通过更改程序来更改连接。因此，设计人员可以在开发现场任意多次修改电路，并可以在短时间内以低成本制备定制LSI，从而提高产品开发效率。[返回参考源]

◆离线分析代码

该软件使用新开发的测量模块，根据一组数字化的生成和湮灭检测信号计算单个正电子的寿命，并通过多次积分以创建寿命分布来计算平均寿命。[返回来源]