正電子發射
正電子發射,又稱β+衰變,是一種放射性衰變的方式,屬於β衰變的一種。在這種衰變反應中,一個質子轉化成中子,同時釋放出一個正電子和一個電中微子。[1]
正電子發射的同位素
編輯能發生正電子發射而放出正電子的同位素有碳-11、鉀-40、氮-13、氧-15、氟-18和碘-121等。例如,以下的方程式表示了從碳-11到硼-11的正電子發射,同時放出正電子和電子微中子:
發射機理
編輯質子和中子是由更小的基本粒子夸克構成的。最常見的兩種夸克是上夸克(帶+2/3個元電荷)和下夸克(帶-1/3個元電荷)。夸克三個一組結合起來就構成質子和中子。因此,帶一個正電荷的質子由兩個上夸克和一個下夸克構成。而不帶電的中子由一個上夸克和兩個下夸克構成。通過弱相互作用,上夸克還能改變味而轉化成下夸克,這就會導致β輻射。正電子發射就是因為一個上夸克轉化成下夸克而造成的。[2]
能發生正電子發射的原子核也可能發生電子俘獲。對於低能量衰變,電子俘獲在能量上占據2mec2 = 1.022 MeV的優勢,因為終態少了一個電子而不是多了一個正電子。隨着衰變的能量升高,分支係數也會升高。然而,如果能量的差別小於2mec2,正電子發射將不能發生,此時只有電子俘獲能進行。特定的同位素(例如鈹-7,7
Be
)在銀河宇宙射線中是穩定的,因為電子被射線電離,此時的衰變能量對於正電子發射太少了。
應用
編輯這些同位素可用於一種稱作正電子發射斷層掃描的醫學影像技術。注意放出的能量取決於衰變的同位素種類,0.96 MeV的數據只適用於同位素碳-11的衰變。在質量更大的同位素中,質子轉換成中子產生的能量小於2me,因此不會自發地進行正電子發射。
用於斷層掃描的半衰期很短的正電子發射同位素11
C
、13
N
、15
O
和18
F
通常由天然核反應或人工用質子轟擊富集的靶獲得。[3][4]
參考資料
編輯- ^ The University of North Carolina at Chapel Hill. Nuclear Chemistry. [2012-06-14]. (原始內容存檔於2019-02-24).
- ^ How it works:Positron emission (PDF). [2012-06-14]. (原始內容存檔 (PDF)於2013-02-08).
- ^ Positron Emission Tomography Imaging at the University of British Columbia (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) (accessed 11 May 2012)
- ^ K. W. D. Ledingham et al., High power laser production of short-lived isotopes for positron emission tomography, Journal of Physics D: Applied Physics Volume 37 Number 16, 2004, 2341 doi:10.1088/0022-3727/37/16/019 (accessed 11 May 2012)
外部連結
編輯- The LIVEChart of Nuclides - IAEA with filter on β+ decay