Позитронное излучение - Positron emission

Позитронной эмиссии , бета - плюс - распад , или β + распада является подтипом радиоактивного распада называемого бета - распад , в котором протон внутри радионуклидного ядра превращается в нейтрон , а высвобождая позитрон и электронное нейтрино ( ν е ). Эмиссия позитронов опосредуется слабым взаимодействием . Позитронно представляет собой тип бета - частицы+ ), а другой бета - частица является электронный (& beta ; - ) , испускаемый из р - распад ядра.

Пример излучения позитронов (β + распад) показан при распаде магния-23 на натрий-23 :

23
12
Mg
23
11
Na
+
е+
+
ν
е

Поскольку эмиссия позитронов уменьшает число протонов по сравнению с числом нейтронов, распад позитрона обычно происходит в больших "богатых протонами" радионуклидах. Распад позитрона приводит к ядерной трансмутации , превращая атом одного химического элемента в атом элемента с атомным номером меньше на одну единицу.

Позитронное излучение на Земле происходит очень редко в естественных условиях, когда оно вызвано космическими лучами или одним из ста тысяч распадов калия-40 , редкого изотопа, 0,012% этого элемента на Земле.

Позитронно - эмиссионный не следует путать с электронной эмиссией или бета - минус распада (β - распад), которое происходит , когда нейтрон превращается в протон и ядро испускает электрон и антинейтрино.

Эмиссия позитрона отличается от распада протона , гипотетического распада протонов, не обязательно связанных с нейтронами, не обязательно через испускание позитрона, и не как часть ядерной физики, а скорее физики элементарных частиц .

Открытие позитронной эмиссии

В 1934 году Фредерик и Ирен Жолио-Кюри бомбардировали алюминий альфа-частицами (испускаемыми полонием ), чтобы вызвать ядерную реакцию.4
2
Он
 + 27
13
Al
 → 30
15
п
 + 1
0
п
, и заметил, что изотоп продукта 30
15
п
испускает позитрон, идентичный позитрону, обнаруженному в космических лучах Карлом Дэвидом Андерсоном в 1932 году. Это был первый пример
β+
 распад (эмиссия позитронов). Кюри назвали это явление «искусственной радиоактивностью», потому что30
15
п
короткоживущий нуклид, которого нет в природе. Об открытии искусственной радиоактивности будут упоминать, когда группа мужа и жены получит Нобелевскую премию.

Изотопы, излучающие позитроны

Изотопы, которые подвергаются этому распаду и тем самым испускают позитроны, включают углерод-11 , азот-13 , кислород-15 , фтор-18 , медь-64 , галлий-68, бром-78, рубидий-82 , иттрий-86, цирконий-89, иттрий-90, натрий-22 , алюминий-26 , калий-40 , стронций-83 и йод-124 . В качестве примера следующее уравнение описывает бета плюс распад углерода-11 до бора- 11 с испусканием позитрона и нейтрино :

11
6
C
 
→  11
5
B
 

е+
 

ν
е
 
0,96  МэВ

Механизм выброса

Внутри протонов и нейтронов есть фундаментальные частицы, называемые кварками . Два наиболее распространенных типов кварков до кварки , которые имеют заряд + 2 / 3 , и вниз кварков , с - 1 / 3 заряда. Кварки объединяются в группы по три, образуя протоны и нейтроны . В протон, заряд которого равен +1, есть два до кварков и один вниз кварк ( 2 / 3 + 2 / 3 - 1 / 3 = 1). Нейтроны, без заряда, иметь один вверх кварк и два вниз кварков ( 2 / 3 - 1 / 3 - 1 / 3 = 0). Через слабое взаимодействие , кварки могут изменить вкус от вниз к вверх , в результате чего электронного излучения. Позитронно - эмиссионный происходит , когда до кварка превращается в вниз кварк, эффективно преобразование протона в нейтрон.

Ядра, распадающиеся при испускании позитронов, также могут распадаться при захвате электронов . Для низкоэнергетических распадов захват электрона энергетически благоприятствует 2 m e c 2 = 1,022 МэВ, поскольку в конечном состоянии удаляется электрон, а не добавляется позитрон. По мере увеличения энергии распада увеличивается и ветвящаяся доля излучения позитронов. Однако, если разность энергий меньше 2 m e c 2 , то эмиссия позитронов не может происходить, и захват электронов является единственной модой распада. Некоторые изотопы, в противном случае захватывающие электроны (например,7
Быть
) стабильны в галактических космических лучах , потому что электроны оторваны, а энергия распада слишком мала для излучения позитронов.

Энергосбережение

Позитрон выбрасывается из родительского ядра, а дочерний (Z-1) атом должен отдать орбитальный электрон, чтобы сбалансировать заряд. Общий результат состоит в том, что масса двух электронов выбрасывается из атома (один для позитрона и один для электрона), и β + -распад энергетически возможен тогда и только тогда, когда масса родительского атома превышает массу атома. дочерний атом с массой не менее двух электронов (1,02 МэВ).

Изотопы , которые увеличение массы при превращении протона в нейтрон, или которые уменьшение массы менее чем на 2 м е , не может спонтанно распада с помощью позитронной эмиссии.

заявка

Эти изотопы используются в позитронно-эмиссионной томографии - методике медицинской визуализации. Излучаемая энергия зависит от распадающегося изотопа; цифра 0,96 МэВ относится только к распаду углерода-11.

Короткоживущие позитроны, излучающие изотопы 11 C (T 1/2 = 20,4 мин.), 13 N (T 1/2 = 10 мин.), 15 O (T 1/2 = 2 мин.) И 18 F ( T 1/2 = 110 мин.), Используемые для позитронно-эмиссионной томографии, обычно получаются путем облучения протонами природных или обогащенных мишеней.

использованная литература

внешние ссылки