Positronien hajoaminen

Positronihajoaminen on beeta-hajoamisen  tyyppi , jota kutsutaan joskus myös " beeta plus -hajoamiseksi " (β + -hajoaminen), " positroniemissioksi " tai " positronipäästöksi ". β + -hajoamisessa yksi ytimen protoneista muuttuu heikon vuorovaikutuksen kautta neutroniksi , positroniksi ja elektronineutriinoksi . Monet isotoopit kokevat positronihajoamisen , mukaan lukien hiili-11 , typpi-13 , happi-15 , fluori-18 , jodi-121 . Esimerkiksi seuraava yhtälö tarkastelee hiili-11: n muutosta β + -hajoamisen kautta boori-11  :ksi positronin e + ja elektronineutrinon ν e emission avulla :

Positronien hajoamisprosessi kilpailee aina elektronien sieppauksen kanssa , jolla on energiaprioriteetti, mutta kun energiaero häviää, reaktion haarautumiskerroin siirtyy kohti positronihajoamista. Jotta positronihajoaminen tapahtuisi, hajoavien ja tytäratomien massojen Q β välisen eron on ylitettävä kaksi kertaa elektronin massa (eli Q β > 2 me ≈ 2 × 511 keV = 1022 keV ). Samaan aikaan elektronien sieppaus voi tapahtua millä tahansa positiivisella massa-erolla (miinus siepatun elektronin sitoutumisenergia atomikuoressa).

Ytimen emittoimien positronien kineettinen energiaspektri positronivajoamisessa on jatkuva ja on alueella 0 - E max = Q β − 2 m e . Emitoituneiden neutriinojen energia on samalla alueella. Positronien ja neutriinon kineettisten energioiden summa on yhtä suuri kuin E max . Positroni hidastuu lähes välittömästi väliaineessa ja tuhoutuu yhdellä ympäröivän hajonneen aineatomin elektroneista lähettäen useimmissa tapauksissa kaksi annihilaatiogammasädettä , joiden energia on 511 keV ja momentti vastakkaiseen suuntaan. Tällaisten samaa suoraa linjaa vastakkaisiin suuntiin kulkevien gamma-kvanttien havaitseminen tekee tuhoutumispisteen rekonstruoimisesta helppoa, minkä vuoksi positronien hajoamista kokevia isotooppeja käytetään positroniemissiotomografiassa .

Kuten kaikki muutkin beeta-hajoamisen tyypit, positronihajoaminen ei muuta ytimen massalukua, ts. nukleonien määrä ytimessä pysyy ennallaan. Se vähentää ytimen Z varausta yhdellä, koska yksi ytimen protoneista muuttuu neutroniksi ja positroni kuljettaa sen positiivisen varauksen pois ytimestä; tuloksena olevalla elementillä on atominumero yksi vähemmän, ts. siirretään yhden solun jaksollisen taulukon alkuun. Esimerkiksi hiili-11 ( Z =6 ) muunnetaan boori-11:ksi ( Z =5 ).

Positronien hajoaminen ytimen perustilasta kokevat vain protonirikkaat (neutronivajaiset) isotoopit, joiden atomiluku on suurempi kuin vähintään yksi tietyn isobaarisen ketjun beetastabiileista isotoopeista (isotooppisarjat, joilla on sama massaluku A ).

Katso myös