Entwicklung und Validierung neuartiger Ansätze zur verlässlichen Datenanalyse in der digitalen Positronenlebensdauerspektroskopie (PALS)

Abstract

Die Positronenlebensdauerspektroskopie (PALS) ist eine hoch-sensitive Methode zur zerstörungsfreien Untersuchung der Mikrostruktur in den verschiedensten Klassen von Materialien. Da die akkurate Zerlegung der Lebensdauerspektren ein schlecht konditioniertes Problem beschreibt, bedarf ihre quantitative Analyse als wesentliche Voraussetzung der Aufnahme qualitativ hochwertiger Daten. Dazu wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei softwareseitige Ansätze unter Verwendung eines digitalen Setups verfolgt, wobei beide Ansätze eine vergleichbare Spektrenqualität liefern. Die Basis hochqualitativer Lebensdauerspektren ermöglichte es ferner, einen neuartigen Ansatz zur Auswertung heranzuziehen, der sich von den herkömmlichen Analysemethoden in der PALS grundlegend unterscheidet. Die Verwendung eines k-NN Klassifikators erlaubt dabei eine quantitative Betrachtung ab einer Statistik von 5000 Ereignissen, was zukünftig bereits mit einem Laborsetup eine in-situ Charakterisierung realisierbar macht.

Positron-Annihilation-Lifetime-Spectroscopy (PALS) provides a powerful technique for non-destructive microstructure investigations in a broad field of material classes. Since the accurate decomposition of lifetime spectra describes an ill-conditioned problem, their quantitative analysis requires high-quality data acquisition as an essential prerequisite. This was realized in the present work by two software-based approaches using a digital setup, with both techniques providing comparable spectra quality. The basis of high-quality lifetime spectra enabled a novel approach to be used for analysis, which is fundamentally different from conventional analysis methods in PALS. Exploiting k-NN classification has demonstrated a feasible analysis starting from a statistic of 5000 events. In the future, this enables a quantitative in-situ characterization by using laboratory setup.