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放射源發射出高能正電子射入物質中后，首先在極短時間內（約10-12ps以下）通過一系列非彈性碰撞減速，損失絕大部分能量至熱能，這一過程稱為注入與熱化。熱化后的正電子將在樣品中進行無規擴散熱運動，晶格中空位、位錯等缺陷往往帶有等效負電荷，由于庫侖引力 正電子容易被這些缺陷捕獲而停止擴散，*后將在物質內部與電子發生湮沒。從正電子射入物質到發生湮沒所經歷的時間一般稱為正電子壽命。由于湮沒是隨機的，正電子湮沒壽命只能從大量湮沒事件統計得出。
正電子湮沒技術對材料的結構相變和原子尺度的缺陷極為敏感，已經成為研究物質微觀結構和電子結構的無損的探測分析手段。正電子湮沒作為微觀分析技術一種，其主要研究范圍在于針對原子尺寸的微結構和缺陷。與通常的微觀結構分析如STM、SEM、TEM等技術相比，正電子湮沒技術不僅可以提供缺陷的尺寸信息、相變信息，而且可以提供缺陷隨深度分布的信息，能夠深入的分析材料的電子結構以及正電子湮沒處的化學環境等，彌補了其他微觀探測技術的不足，具有不可替代性。
他對樣品材料的種類幾乎沒有什么限制，可以是固體、液體或氣體，可以是金屬、半導體、絕緣體或高分子材料，可以是單晶、多晶或液晶等，適用于凡是與材料的電子密度及動量有關的問題。
對樣品溫度沒有限制，可以跨越材料的熔點或凝固點，而信息又是通過貫穿能力很強的γ射線攜帶而來，因此可以對樣品做高低溫的動態原位測量，測量時可施加電場、磁場、高氣壓、真空等特殊環境。
研究樣品中原子尺度的缺陷，如晶格中缺少一個或多個原子的缺陷，這些缺陷在電鏡、X衍射中研究頗為困難。
簡單使用，室溫測量下的PAT制樣方法
金屬材料的形變、疲勞、淬火、輻照、摻雜、氫損傷等在材料中造成的空位、位錯、空位團等缺陷以及研究這些缺陷的退火效應。
材料中相變過程，如合金中的沉淀現象、馬氏體相變、非晶態材料中的晶化過程、離子固體中的相變、液晶及其他高分子材料，聚合物中的相變，凝聚態物理等
研究固體的能帶結構、費米面、空位形成能等
研究材料的表面和表層結構和缺陷。
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