Application of high-energy photons for positron annihilation spectroscopy and positronium chemistry

Abstract

Die zerstörungsfreie Positronen-Annihilations-Spektroskopie (PAS) kann genutzt werden, um atomare Volumendefekte in Festkörpern und chemische Reaktionen in Flüssigkeiten zu untersuchen. Die Verwendung hochenergetischer Photonen für PAS bietet einige neue Möglichkeiten für die Anwendung der Spektroskopie mittels Positronen und erlaubt darüber hinaus die Untersuchung schwer zugänglicher Materialien, wie Flüssigkeiten oder Volumenproben. Der Hauptteil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau und den Eigenschaften des Messplatzes für die Durchführung einer Gamma-induzierten Positronen-Annihilations-Spektroskopie (GiPS). Im zweiten Teil werden strahlungsinduzierte chemische Reaktionen und Prozesse in Flüssigkeiten mit Hilfe von Positronen untersucht. Ihre Fähigkeit, mikrostrukturelle Prozesse auf atomarer Skala aufzulösen erlaubt die Überprüfung aktueller Theorien über die Positronium-Bildung in Flüssigkeiten. Der letzte Teil der Arbeit befasst sich mit der Untersuchung langfristiger Auswirkungen von mechanischer Bearbeitung auf die Mikrostruktur historischer Bleiplatten für Orgelpfeifen.

Non-destructive positron annihilation spectroscopy (PAS) can be used to study atomic open-volume defects in solids and chemical reactions in liquids. The use of high-energy photons for PAS provides some new opportunities for the application of spectroscopic techniques using positrons and allows the investigation of even materials that are not accessible with typical setups, like liquids or extended samples. The main part of this thesis is about the design and characteristics of a setup for performing Gamma-induced positron annihilation spectroscopy (GiPS). The second part is about the investigation of chemical reactions amongst radiation-induced processes in liquids by using positrons. Their ability to reveal microstructural processes on atomic scales helped approving recent theories about Positronium formation in liquids. The last part of this thesis is concerned with the investigation of long-term effects of mechanical work hardening on the microstructure of historical lead sheets for organ pipes.