Войти
Эмиссия позитрона или бета-плюс распад (β-распад) является подтипом радиоактивный распад, называемый бета-распад, при котором протон внутри ядра радионуклида превращается в нейтрон при высвобождении позитрона и электронного нейтрино (νe). Эмиссия позитронов опосредуется слабой силой. Позитрон представляет собой тип бета-частицы (β), а другая бета-частица представляет собой электрон (β), испускаемый в результате β-распада ядра.
Пример излучения позитрона (β-распад) показан с распадом магния-23 на натрий-23 :
Поскольку излучение позитронов уменьшает число протонов относительно числа нейтронов, позитрон распад обычно происходит в крупных "богатых протонами" радионуклидах. Распад позитрона приводит к ядерной трансмутации, превращая атом одного химического элемента в атом элемента с атомным номером , который меньше на одну единицу.
Позитронное излучение на Земле происходит очень редко в естественных условиях, когда оно вызвано космическим лучом или одним из ста тысяч распадов калия-40, редкого изотопа., 0,012% этого элемента на Земле.
Не следует путать эмиссию позитронов с эмиссией электронов или бета-минус-распадом (бета-распад), который происходит, когда нейтрон превращается в протон, а ядро испускает электрон и антинейтрино.
Эмиссия позитронов отличается от распада протона, гипотетического распада протонов, не обязательно связанных с нейтронами, не обязательно через испускание позитрона и не в рамках ядерной физики, но скорее физики элементарных частиц.
В 1934 г. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри бомбардировали алюминий альфа-частицами до эффект ядерной реакции. 2He. +. 13Al. →. 15P. +. 0n., и наблюдал, что изотоп продукта. 15P. испускает позитрон, идентичный позитрону, обнаруженному в космических лучах Карлом Дэвидом Андерсоном в 1932 году. Это был первый пример распада. β. (позитронная эмиссия). Кюри назвал это явление «искусственной радиоактивностью», поскольку. 15P. является короткоживущим нуклидом, которого не существует в природе. Об открытии искусственной радиоактивности будет упоминаться, когда команда мужа и жены получит Нобелевскую премию.
Изотопы, которые подвергаются этому распаду и, таким образом, 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-распад углерода-11 до бора -11 с испусканием позитрона и нейтрино :
Внутри протонов и нейтронов находятся элементарные частицы, называемые кварками. Двумя наиболее распространенными типами кварков являются восходящие кварки с зарядом + / 3 и нижние кварки с - / 3 заряд. Кварки объединяются в группы по три, так что они образуют протоны и нейтроны. В протоне с зарядом +1 есть два верхних кварка и один нижний кварк (/ 3 + / 3 - / 3 = 1). Нейтроны без заряда имеют один верхний кварк и два нижних кварка (/ 3 - / 3 - / 3 = 0). Посредством слабого взаимодействия кварки могут изменять аромат с нижнего на верхний, что приводит к излучению электронов. Излучение позитрона происходит, когда верхний кварк превращается в нижний кварк. (/ 3 - 1 = - / 3).
Ядра, которые распадаются при испускании позитронов, также могут распадаться при захвате электрона. Для низкоэнергетических распадов захват электронов энергетически благоприятствует 2m e c = 1,022 МэВ, поскольку в конечном состоянии удаляется электрон, а не добавляется позитрон. По мере увеличения энергии распада увеличивается и коэффициент разветвления в сторону излучения позитронов. Однако, если разность энергий меньше 2m e c, то эмиссия позитронов не может происходить, и захват электронов является единственным режимом распада. Некоторые изотопы, в противном случае захватывающие электроны (например, . Be. ), стабильны в галактических космических лучах, потому что электроны оторваны, а энергия распада слишком мала для излучения позитронов.
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), а β-распад энергетически возможен, только если масса родительского атома превышает массу дочернего атома на величину не менее двух масс электрона (1,02 МэВ).
Изотопы, масса которых увеличивается при превращении протона в нейтрон или масса которых уменьшается менее чем на 2m e, не могут спонтанно распад за счет излучения позитронов.
Эти изотопы используются в позитронно-эмиссионной томографии, методике, применяемой для получения медицинских изображений. Обратите внимание, что излучаемая энергия зависит от распадающегося изотопа; цифра 0,96 МэВ относится только к распаду углерода-11.
Короткоживущие позитронно-излучающие изотопы C, N, O и F, используемые для позитронно-эмиссионной томографии, обычно получают протонным облучением природных или обогащенных мишеней.
LIVEChart of Nuclides - МАГАТЭ с фильтром по β-распаду