Emisja pozytonów - Positron emission

Pozytronowej , p oraz rozpad lub β + rozpad jest podtypem rozpad radioaktywny zwany rozpadu beta , w których proton wewnątrz radionuklidów pierścienia jest przekształcany w neutronu podczas zwalniania pozyton oraz neutrinem elektronowego ( ν e ). W emisji pozytonów pośredniczy siła słaba . Pozytron jest rodzajem cząstki beta+ ), drugą cząstką beta jest elektron (β ) emitowany z rozpadu β jądra.

Przykład emisji pozytonów ( rozpad β + ) przedstawia rozpad magnezu-23 na sód-23 :

23
12
Mg
23
11
Na
+
mi+
+
ν
mi

Ponieważ emisja pozytonów zmniejsza liczbę protonów w stosunku do liczby neutronów, rozpad pozytonów zachodzi zwykle w dużych „bogate w protony” radionuklidów. Rozpad pozytonowy powoduje transmutację jądrową , zmieniając atom jednego pierwiastka chemicznego w atom pierwiastka o liczbie atomowej mniejszej o jedną jednostkę.

Emisja pozytonów występuje naturalnie na Ziemi bardzo rzadko, gdy jest indukowana przez promieniowanie kosmiczne lub w wyniku jednego na sto tysięcy rozpadów potasu-40 , rzadkiego izotopu, 0,012% tego pierwiastka na Ziemi.

Emisji pozytonów nie należy mylić z emisją elektronów lub rozpadem beta minus (β rozpad), który występuje, gdy neutron zamienia się w proton, a jądro emituje elektron i antyneutrino.

Emisja pozytonów różni się od rozpadu protonu , hipotetycznego rozpadu protonów, niekoniecznie związanych z neutronami, niekoniecznie poprzez emisję pozytonu i nie jako część fizyki jądrowej, ale raczej fizyki cząstek elementarnych .

Odkrycie emisji pozytonów

W 1934 Frédéric i Irène Joliot-Curie zbombardowali aluminium cząstkami alfa (emitowanymi przez polon ), aby wywołać reakcję jądrową4
2
On
 + 27
13
Glin
 → 30
15
P
 + 1
0
n
, i zaobserwował, że produkt izotop 30
15
P
emituje pozyton identyczny z tymi znalezionymi w promieniowaniu kosmicznym przez Carla Davida Andersona w 1932 roku. Był to pierwszy przykład
β+
 rozpad (emisja pozytonów). Curie nazwali to zjawisko „sztuczną radioaktywnością”, ponieważ30
15
P
jest krótkożyciowym nuklidem, który nie występuje w przyrodzie. Odkrycie sztucznej radioaktywności zostałoby przytoczone, gdy zespół męża i żony zdobył Nagrodę Nobla.

Izotopy emitujące pozytony

Izotopy, które ulegają takiemu rozpadowi, a tym samym emitują pozytony, obejmują węgiel-11 , azot-13 , tlen-15 , fluor-18 , miedź-64 , gal-68, brom-78, rubid-82 , itr-86, cyrkon-89, itr- 90 , sód- 22 , glin- 26 , potas-40 , stront-83 i jod- 124 . Jako przykład, poniższe równanie opisuje beta plus rozpad węgla-11 na bor -11 , emitujący pozyton i neutrino :

11
6
C
 
→  11
5
b
 

mi+
 

ν
mi
 
0,96  MeV

Mechanizm emisji

Wewnątrz protonów i neutronów znajdują się fundamentalne cząstki zwane kwarkami . Dwa najpopularniejsze typy kwarków to kwarki górne , które mają ładunek + 2 / 3 , oraz kwarki dolne , które mają ładunek − 1 / 3 . Kwarki układają się w zestawy po trzy w taki sposób, że tworzą protony i neutrony . W protonu, której naładowania + 1, są dwie się kwarkach i jednego w dół twarogu ( 2 / 3 + 2 / 3 - 1 / 3 = 1). Neutrony, bez ładunku, posiada jeden górę twarogu i dwa w dół kwarkach ( 2 / 3 - 1 / 3 - 1 / 3 = 0). Przez słabe oddziaływanie , twarogi może zmienić smak z dół do góry , w wyniku czego elektronów emisji. Pozytronowa się dzieje, gdy się twaróg przechodzi w dół twarogu, skutecznie przekształca się proton neutronu.

Jądra rozpadające się przez emisję pozytonów mogą również rozpadać się przez wychwytywanie elektronów . W przypadku rozpadów niskoenergetycznych wychwyt elektronów jest energetycznie faworyzowany przez 2 m e c 2 = 1,022 MeV, ponieważ w stanie końcowym następuje usunięcie elektronu, a nie dodanie pozytonu. Wraz ze wzrostem energii rozpadu rośnie rozgałęziona frakcja emisji pozytonów. Jeśli jednak różnica energii jest mniejsza niż 2 m e c 2 , wówczas emisja pozytonów nie może wystąpić i wychwytywanie elektronów jest jedynym sposobem rozpadu. Niektóre izotopy wychwytujące elektrony (na przykład7
Być
) są stabilne w galaktycznym promieniowaniu kosmicznym , ponieważ elektrony są usuwane, a energia rozpadu jest zbyt mała dla emisji pozytonów.

Oszczędzanie energii

Pozyton jest wyrzucany z jądra macierzystego, a atom potomny (Z−1) musi wyrzucić elektron orbitalny, aby zrównoważyć ładunek. Ogólny wynik jest taki, że masa dwóch elektronów jest wyrzucana z atomu (jeden dla pozytonu i jeden dla elektronu), a rozpad β + jest energetycznie możliwy wtedy i tylko wtedy, gdy masa atomu macierzystego przekracza masę atom potomny o co najmniej dwie masy elektronowe (1,02 MeV).

Izotopy, których masa wzrasta w wyniku przemiany protonu w neutron, lub które zmniejszają masę o mniej niż 2 m e , nie mogą samorzutnie rozpaść się w wyniku emisji pozytonów.

Podanie

Te izotopy są wykorzystywane w pozytonowej tomografii emisyjnej , technice stosowanej w obrazowaniu medycznym. Emitowana energia zależy od izotopu, który się rozpada; liczba 0,96 MeV dotyczy tylko rozpadu węgla-11.

Krótkożyciowe izotopy emitujące pozytony 11 C (T 1/2 = 20,4 min.), 13 N (T 1/2 = 10 min.), 15 O (T 1/2 = 2 min.) i 18 F ( T 1/2 = 110 min.) stosowane w pozytonowej tomografii emisyjnej są zazwyczaj wytwarzane przez napromieniowanie protonami naturalnych lub wzbogaconych celów.

Bibliografia

Zewnętrzne linki