| Ядерная физика |
|---|
 |
| Ядро · Нуклоны ( p , n ) · Ядерная материя · Ядерная сила · Ядерная структура · Ядерная реакция |
Эмиссия позитрона или бета-плюс-распад (β + -распад) - это подтип радиоактивного распада, называемый бета-распадом , при котором протон внутри ядра радионуклида превращается в нейтрон , высвобождая позитрон и электронное нейтрино ( ν e ). [1] Излучение позитронов опосредуется слабым взаимодействием . Позитрон - это тип бета-частицы (β + ), а другая бета-частица - электрон (β - ), испускаемый из β - распад ядра.
Пример излучения позитронов (β + распад) показан при распаде магния-23 на натрий-23 :
- 23
12Mg
→ 23
11Na
+
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 из-за испускания позитрона, и не как часть ядерной физики, а скорее физики элементарных частиц .
Открытие позитронной эмиссии [ править ]
В 1934 году Фредерик и Ирен Жолио-Кюри бомбардировали алюминий альфа-частицами (испускаемыми полонием ), чтобы вызвать ядерную реакцию.4
2Он
+ 27
13Al
→ 30
15п
+ 1
0п
, и заметил, что изотоп продукта 30
15п
испускает позитрон идентичного тем , которые содержатся в космических лучах Карла Дэвид Андерсон в 1932. [2] Это был первым пример
β+
распад (эмиссия позитронов). Кюри назвали это явление «искусственной радиоактивностью», потому что30
15п
короткоживущий нуклид, которого нет в природе. Об открытии искусственной радиоактивности будут упоминать, когда группа мужа и жены получит Нобелевскую премию.
Изотопы, излучающие позитроны [ править ]
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, [3] натрий-22 , алюминий-26 , калий-40 , стронций-83 , [ цитата необходима ] и йод-124 . [3] В качестве примера, следующее уравнение описывает бета плюс распад углерода-11 до бора- 11 с испусканием позитрона инейтрино :
11 6C → 11 5B + е+ + νе + 0,96 МэВ
Механизм выброса [ править ]
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 - эмиссионная происходит , когда до кварк превращается в вниз кварка. [4] ( 2 / 3 - 1 = - 1 / 3 ).
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 единственным способом распада. Некоторые изотопы, в противном случае захватывающие электроны (например,7Быть) стабильны в галактических космических лучах , потому что электроны оторваны, а энергия распада слишком мала для излучения позитронов.
Сохранение энергии [ править ]
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). [ необходима цитата ]
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. [ необходима цитата ]
Заявление [ править ]
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 позитронно-излучающие изотопы 11 C, 13 N, 15 O и 18 F, используемые для позитронно-эмиссионной томографии, обычно образуются при облучении протонами естественных или обогащенных мишеней. [5] [6]
Ссылки [ править ]
- ^ «Ядерная химия» . Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл . Проверено 14 июня 2012 .
- ^ Жолио MF, Кюри I (1934). «Un nouveau type de radioactivité» [Новый тип радиоактивности]. J. Phys. (На французском). 5 (153): 254.
- ^ a b Conti M, Eriksson L (декабрь 2016 г.). «Физика чистых и нечистых эмиттеров позитронов для ПЭТ: обзор и обсуждение» . EJNMMI Physics . 3 (1): 8. DOI : 10,1186 / s40658-016-0144-5 . PMC 4894854 . PMID 27271304 .
- ^ Как это работает: эмиссия позитронов
- ^ "Позитронно-эмиссионная томография в Университете Британской Колумбии" . Позитронно-эмиссионная томография . Университет Британской Колумбии. Архивировано из оригинального 22 января 2018 года . Проверено 11 мая 2012 года .
- ^ Ledingham кВт, Маккенна Р, Т McCanny, Shimizu S, Ян JM, Робсон л, Zweit Дж, Гиллис Ю.М., Бейли Дж, Chimon Г.Н., Кларк RJ (2004). «Мощное лазерное производство короткоживущих изотопов для позитронно-эмиссионной томографии». Журнал физики D: Прикладная физика . 37 (16): 2341. Bibcode : 2004JPhD ... 37.2341L . DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 37/16/019 .
Внешние ссылки [ править ]
- Живая карта нуклидов: структура ядра и данные о распаде (основные режимы распада) - МАГАТЭ
