以高速率(大于1010每秒)产生低能量正电子和电子偶素“原子” 对工业应用很有必要，如，当例如使用正电子湮没波谱学(Positron Annihilation Spectroscopy：PAS)或者其它上述办法时测量晶体或 者有机材料的缺陷。
这些应用主要使用22Na作为正电子束产生源。这些接触源很适宜 用来做实验室研究。但是它们最大的放射性大约是4×109Bq并且 平均寿命只有2.6年。
当然，存在一些放射性很小的生产正电子束的加速器。但是它们 大都体积大而且安装价格昂贵，因为使用的电子能量常常是几十兆电 子伏特，通常为100兆电子伏特。发射的正电子可能需要几十兆电子 伏特的能量。
而且，在工业应用中有用的正电子需要的动能小于产生阀值的能 量至少一千倍。按照惯例，很低效率的金属减速剂(小于0.01)被 用来减速正电子。
此外，怎么在被称为Penning-Malmberg阱的装置中捕获正电子 束已经为人们熟知。一种改进的装置称为Greaves-Surko阱，通过千 倍地分割正电子束的散射散射来极大地增加了正电子束的亮度，其有 效性量级为1。
Greaves-Surko阱可以从第一点科学公司(First Point Scientific Company)购买。它们包含固体氖减速剂，效率接近1％。
这些捕获阱非常有利于上面提到的应用，并且因为这些阱的出 现，这些应用才被广泛的使用，但是其中的正电子能量必须小于1兆 电子伏特。
此外，已知四种技术可以产生正电子。这些技术使用放射性源 (22Na)，核反应堆产生的中子流，串列式加速器(用于加速离子)， 或者电子加速器。
现在我们来检查这些技术的缺点。
目前，放射性源产生的正电子受限于围绕材料的厚度。而且，这 种源发射的正电子束的强度只有108e+/s量级，因此经过减速剂后只 有106e+/s量级。
利用核反应堆产生的中子流提供了一种获得短寿命的放射性源 的方法。这种放射源能够产生低能量的正电子。但是，这种技术因为 需要核反应堆不能工业化。
一种已有技术的变种由以下部分构成：使用一个串列式加速器加 速离子射向目标靶，该目标靶变得具有放射性并且发射出低能量的正 电子。尽管串列式加速器比传统的粒子加速器要小，它还是一个大而 贵的装置，它需要防辐射保护和一个维修基础设施。
大的线性加速器，简称为Linacs，通过加速电子射向钨或者钽目 标靶，也可用于产生正电子。但是这些大的线性加速器是非常庞大和 昂贵的装置，并且没有足够多的数量来推动上述的的正电子应用的发 展。
让我们重新考虑已知的相互作用腔，所述腔包含一个能通过和电 子束相互作用产生正电子的目标靶。
为了从电子(表示为e-)束产生正电子(表示为e+)，这些电子 必须和目标靶材料相互作用。于是电子发射X和γ光子，有时分解为 电子对(e+e-)。
因为产生的正电子数量依赖于和目标靶材料相互作用的电子数 量，技术领域的熟练人员决定使用与大型线性加速器产生的相同强度 的电子束。
因为电子束产生的正电子e+数量和目标靶的厚度成正比增长，技 术领域的熟练人员将倾向于增加目标靶的厚度。
但出现了两个问题。
第一，X射线以热能的形式在目标靶上淀积能量。
第二，产生的正电子e+会被目标材料捕获并且在脱离目标靶 前湮灭。这种湮灭可根据两种作用发生，称为直接和电子碰撞或形成 电子偶素原子。
自然地，技术领域的熟练人员将把厚的目标靶和高能加速器联合 使用。
第二个问题对用于粒子物理实验产生高能正电子e+(大于10兆 电子伏特)的系统影响不大，因为高能量的正电子e+不会湮灭，具体 说它不会形成电子偶素。而且，工业应用需要的正电子必须是很低的 能量，在正电子产生到脱离目标靶的途中形成电子偶素会损耗大量的 正电子e+。
相反，第一个问题在高能量时变得很不利。对于给定量的目标材 料上淀积的热量，一个100兆电子伏特的电子束发生器和一个10兆 电子伏特的电子束发生器产生相同数量的“有用”正电子——能量小 于或等于1兆电子伏特。
举例说明，首先考虑已有技术，100兆电子伏特的加速器以90° 角向1mm×1cm2的目标靶发射电子，其次考虑本发明一个实施例提出 的10兆电子伏特的加速器以3°角向50μm×1cm2的目标靶发射电子。 淀积相同的热量在目标靶上，产生相似数量的有用正电子e+，100兆 电子伏特的电子束发生器将消耗50千瓦能量，而10兆电子伏特的电 子束发生器只消耗10千瓦。相差的40千瓦被浪费了，而且需要接收 系统以热能的形式导出。
为了利用产生的正电子中的大部分，一些大型装置在目标靶后面 使用钨减速片，可能还结合使用合适的电场，象美国加州的Lawrence Livermore国家实验室，丹麦奥尔胡斯大学的Ring Storage Facilities学院。但是，这种装置吸收了大量的正电子，或者说， 它限制了射束强度。

本发明的目的在于克服上面所述的缺点。
为此，本发明提供了一种正电子源，该正电子源包括：产生电子 束的装置和目标靶(28)，其中目标靶包含一个大体平坦的表面，所 述目标靶被设计成以预定的入射角在该大体平坦的表面上接收电子 束，其中该预定的入射角相对于该大体平坦的表面来计算，以及通过 与该电子束相互作用来产生正电子，所述正电子源的特征在于，产生 的电子束是连续的或者准连续的，电子能量在10兆电子伏量级，目 标靶的厚度小于500μm，以及预定入射角小于10°。
根据本发明的一个正电子源的优选实施例中，目标靶的厚度在 10μm到100μm范围内，预设的入射角在2°到5°的范围内。
优选地，述产生电子束的装置产生连续的射束，并且包含电子加 速器(20)，所述电子加速器包含一个共轴的空腔，其中电子在与该 空腔的轴线垂直的中间平面上穿过该空腔多次。
这种电子加速器被称为“Rhodotron”(一种已注册商标)，在下 述文献中有描述：
相应于US5107221A的FR2616032A。
在根据本发明的另一优选实例中，本发明还包括正电子和电子之 间的分类装置，其中电子没有与该目标靶相互作用，所述分类装置包 括：
-第一磁装置(26)，其轴线靠近射束的轴线并且穿过该目标靶 的平面，这些第一磁装置(26)被设计用来产生磁场，该磁场使得由 该目标靶发射的正电子分散，这些第一磁装置被放置在距该目标靶的 输入端合适的距离处；
-四极磁体(30)，用于聚焦正电子射束，所述四极磁体的轴线 和所述第一磁装置的轴线相同，该四极磁体(30)被放置在该目标靶 的输出端，以及该四极磁体(30)被设计来使正电子射束的截面成圆 形，所述正电子射束从电子和该目标靶相互作用区域输出时是非常平 坦的；
-第一停止装置(32)，位于该第一磁装置(26)的轴线上并且 在距该四极磁体(30)的输出端足够长的距离处，使得正电子聚焦成 具有圆形截面的射束，所述第一停止装置被设计用来阻止在电子束中 没有与该目标靶相互作用的电子；
-第二磁装置(36)，其沿着与该第一磁装置相同的轴线，放置 在距该第一停止装置(32)的输出端合适的距离处，使得产生能够使 正电子会聚的磁场，所述的第一磁装置和第二磁装置共同作用来产生 能够防止这些正电子碰到第一停止装置(32)的磁场。
根据本发明的正电子源的另一优选实施例中，正电子源还包括捕 获装置，所述的捕获装置用于捕获目标靶产生的正电子。
捕获装置包括减速剂和收集正电子的电磁装置，其中减速剂用来 使正电子减速。
这些捕获装置可以由Greaves-Surko阱构成，请参考文献：
R.Greaves and C.M.Surko，Nucl.Inst.Meth.B192(2002)90.
优选地，根据本发明的正电子源还可以包括：
-第二停止装置，例如利用水循环冷却的石墨墙。该装置用于 阻止电子束中没有和目标靶相互作用、并且到达了第二磁装置和捕获 装置之间区域的电子，防止这些电子到达捕获装置。
-引导正电子穿过第二停止装置射向捕获阱的装置。
附图说明
在阅读了根据附图的示例性实施例的详细描述之后，将更容易理 解本发明，其中所述示例性实施例仅仅用于指导，而决非限定性的， 在附图中：
图1A和图1B是根据本发明的正电子源的一个特定实施例的示 意图；以及
图2是使用在图1的正电子源中的目标靶的示意性剖视图。

本发明主要以薄的目标靶和电子束的相互作用为基础，其中目标 靶优选钨制成，以及电子束以掠入射直接打在该目标靶上。
优选地，目标靶的厚度可在10μm到100μm范围内变化，例如 等于50μm；电子束和目标靶间的角度可以在2°到5°的范围内，例如 等于3°。
本发明是一种通过低能量(10兆电子伏特)电子束产生低能量 (小于1兆电子伏特)正电子的方法，其中低能量电子由操作在连续 模式下的电子源发射。由于这种特性，电子源可以采用Rhodotron(已 注册商标)——一种小体积低消耗的工业机器(最大10kW射束功 率)。
上面提到的两个问题限制了已知系统生产正电子的生产能力。本 发明通过减少淀积在目标靶上的热量来扩展这些限制。最后，本发明 能更高效率的收集生成的e+。
概略的说，在已知系统中，e-以相对目标靶平面90°角发送(或 者较大的角度，如45°)。在本发明中，e-以相对目标靶平面的掠入射 角发送，通常为是3°。这种独特的构造和已知系统相比有一些好处。
发明者观测到：对于同样数量的穿过目标靶的电子，当入射角是 3°时，温度温度升高小2.5倍；对于相同的等效厚度(直线横跨距离 相同)，在3°时至少生成相同数目的低能e+；当升高相同的温度，在 3°情况下生成的e+数量大约是2倍。
现在，考虑生成的e+的收集效率。
一旦e+产生并从目标靶中提取，它们必须从电子束中分离出来。 因为电子束具有很高能量，和收集e+的装置不匹配。
而且，为了使用正电子e+，它们必须在空间聚集。在已有的系统 中，这两个限制是以大量损耗正电e+作代价获得的。
再次，使用掠入射(如3°)射束射向薄的目标靶可以高效率的收 集正电子e+，把它们从电子e-中分离出来。其中薄目标靶可以是50 μm厚(等效厚度为1毫米)。
在掠入射时，电子e-在目标靶上的大面积内展开，而没有生成 的正电子e+聚集在大的区域上。正如从收集系统看到的，我们把正电 子e+生成的区域称为前表面(frontal surface)。
在3°时，对于一个20×20mm2的目标靶，电子e-作用在靶上的 前作用域(frontal interaction area)是1×20mm2。在90°角入射 时，其前作用域将大20倍。因此，收集系统应该覆盖大20倍的区域。
在掠入射的结构中，保持了正电子e+的发射角度和正电子能量之 间的统计相关性。
具体地，因为要收集的低能量正电子e+的发射角比电子e-高， 利用这个角度的分离可以从穿过目标靶的电子束中分离出正电子e+。
现在，我们结合根据本发明的正电子源的一个实施例来介绍这两 个优点。
图1A是根据本发明的正电子源的实施例的示意图，说明了一个 产生和分离出低能量正电子e+(小于或者等于1兆电子伏特)的系统。
在图中，该系统沿x轴方向依次包括以下各项：
-Rhodotron(已注册商标)20，它用来输出电子束22。所述 电子束沿x’轴向传播，将用于产生正电子e+。其中x’轴偏离x轴3°；
-装置24，用于成形和导向射束22；
-第一磁线圈26，它的轴线和x轴重合；
-钨制薄板28，它的一个表面是电子束22掠入射的入射面。
这个薄板28构成了电子束的目标靶；
-四极磁体30，用来将从薄板28出射的正电子聚焦在x轴上；
-钨制圆柱体32，用来阻止穿过薄板28的电子。
-第二磁线圈36，它的轴线和x轴重合；
-石墨墙38，用来吸收剩余的电子，它通过水循环40冷却；
-螺线管42，它的轴线和x轴重合，通过钻子44穿过墙38； 所述螺线管也可以由一组和x轴共轴的磁线圈代替；
-Greaves-Surko阱46，它配有减速剂48。
真空腔29提供了Rhodotron出射的电子和正电子传播所在的真 空环境。
图2详细说明了薄板28的方位，其中e表示了板的厚度。
图2还定义了另外两个轴，y轴和z轴，它们和图1A及图2中 的x轴相互垂直正交。图1B是图1A中的实施例沿y轴的顶视图。
薄板28在xy平面内，电子束的传播轨迹和薄板成很小的交角α， 实施例中为3°的量级。
图中，箭头28a表示从目标靶发射的正电子，箭头28b表示穿过 目标靶没有和它相互作用的电子。
线圈26的内直径是20cm，线圈内流通80kA的电流。这个线圈 在中心产生5.06T的磁场，并可能是有利的超导状态。
钨目标靶30的厚度e是50μm。它位于线圈26中心点后面大约 20厘米处。它的面积是3cm×3cm，但是只有2cm×2cm的中心部 分截取电子。
四极磁体30包括由四个线圈构成的磁极，其中线圈的入射面和 x轴相距20cm。这些线圈由100个绕圈组成，其中每个绕圈流通20A 的电流。磁体30位于离薄板28边缘10cm处。
线圈36的内直径是100cm。这个线圈由1000个绕圈组成，其中 每个绕圈流通20A的电流。这个线圈距离薄板28中心90cm。
螺线管42直径略小于10cm，长100cm。它可以由一组直径略小 于10cm，相互间隔7cm的磁线圈代替。这些线圈每个都由100个绕 圈组成，其中每个绕圈流通20A的电流。
螺线管或者导电线圈的作用是生成一个具有相当均匀的低强度 磁场的磁力线管，称为出射管(exit tube)。
这个出射管的后10cm穿过石墨墙38，其中电子e-被石墨墙吸收， 而被收集的正电子从出射管通过。
从Rhodotron出射的10兆电子伏特的电子束22的截面是个1mm ×20mm的矩形，其中长边(20cm)和目标靶平面平行。所述电子束 的射线轨迹和目标靶平面成3°角。
目标靶被放在超导线圈26的后面，因此从目标靶出射的正电子 e+处于一个分歧场中。这种结构使带有很低能量(几万电子伏特)的 正电子e+沿x轴正向(前向)传播。
小于1兆电子伏特的正电子e+优先从大于45°的角度出射，并且 被线圈26的磁力线捕获而偏离x轴。线圈36的直径比线圈26大3 倍，电流小30倍，它形成一个轻微的汇聚场。
线圈36放在线圈26后面1.10米处，它只在离目标靶80cm处才 有明显作用，因此沿着线圈26的磁力线远离x轴传播的低能量正电 子e+被线圈36的磁力线捕获，再一次会聚向x轴方向。
这种先远离再会聚向x轴的轨迹使得低能量正电子e+绕过了钨制 圆柱32。所述钨制圆柱32直径2cm，长5cm，位于x轴上离目标靶 50cm处。
没有形成电子对(e+e-)的电子能量在9兆电子伏特到10兆电 子伏特之间。因此这些电子不会被线圈26和36的磁力线捕获。这些 电子的轨迹在入射到目标靶前和x轴成3°角，穿过目标靶后近似保持 了锥形，其中锥形的轴线和x轴重合，顶角为3°的一半。
线圈26也使得电子束沿x轴旋转了45°角，但是仍近似在这个锥 形中，这点在选择目标靶方位时必须引起重视。从而，这些电子沿x 轴向传播每增加1米就偏离x轴5cm。
因为电子束的截面是矩形，假如不进行阻挡，10％的电子将和系 统产生的正电子混合。但是因为线圈26不使这些电子偏离x轴，它 们将被钨制圆柱阻挡住。
穿过线圈36后，正电子e+被导向磁力线出射管场(这是一个低 强度的场)。线圈36和出射墙38间隔1米。
没被钨制圆柱体阻挡的电子在圆柱32在出射墙38上的投影范围 外，因此这些电子被墙38阻挡，其中墙38由石墨防护，水循环冷却。
图1A中的系统的效率可以用下面的数值来说明。
电子束携带10兆电子伏特的能量，强度为5mA，功率为50千瓦。 从这50千瓦里面：
●目标靶产生10W的电子对(e+e-)；
●5千瓦被钨制圆柱阻挡；
●100瓦穿过出射管，分布半径小于4cm；
●350瓦穿过出射管，分布在距离x轴4cm到5cm的范围内；
●剩下的(将近44.5瓦)被石墨墙阻挡；
而且，按照测量从出射管导出的正电子e+数量除以产生的正电子 e+数量的方法计算收集效率，对能量低于1兆电子伏特的正电子e+， 收集效率大约是55％；对能量低于60万电子伏特的正电子e+，收集 效率大约是60％。
这个系统阐明了薄的目标靶在掠入射结构下的优点，因为它保持 了正电子e+的发射角和能量的相关性。没有这种相关性，分离不可能 实现。
而且，在这个结构中，有可能使用小截面的射束(1mm×20mm)， 否则发射的正电子e+过于分散，在出射端不能被高效的收集。
正电子的整个轨迹都在真空腔里面，其中的剩余压力很小，优选 值小于100帕斯卡。因为在大气压下(105帕斯卡)，将损耗65％的正 电子e+，该计算考虑了散射的影响。在102帕斯卡量级的剩余压力下， 损耗小于千分之一。