11.4: Позитронна емісія

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18164

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Позитрон, який також називають антиелектроном, - це екзотичний біт матерії, а правильніше, приклад антиречовини. Позитрон - це еквівалент антиречовини електрона. Має масу електрона, але має заряд +1. Позитрони утворюються, коли протон скидає свій позитивний заряд і стає нейтроном, як показано нижче:

\[_{1}^{1}\rho \rightarrow +_{+1}^{0}\beta +_{0}^{1}n \nonumber \]

Знову ж таки, в ядерному рівнянні для позитронного випромінювання сума протонів (атомних чисел) праворуч дорівнює кількості протонів зліва, а маси всі рівні одиниці. Коли елемент випромінює позитрон, тотожність елемента змінюється на ту, що має на одну меншу кількість протонів у таблиці Менделєєва. Приклад ядерного рівняння, що показує позитронну емісію, наведено нижче:

\[_{6}^{11}C \rightarrow +_{+1}^{0}\beta +_{5}^{11}B \nonumber \]

Бор має на один менше протонів у своєму ядрі, ніж вуглецю, але маса незмінна, оскільки протон був замінений нейтроном.

\[_{9}^{18}F \rightarrow +_{+1}^{0}\beta +_{8}^{18}O \nonumber \]

Позитронна емісія з Фтору-18, як показано вище, стала важливим медичним діагностичним інструментом; Позитронно-емісійна томографія (ПЕТ-сканування). Серце цієї методики засноване на тому, що позитрони піддаються миттєвій анігіляції при зіткненні з електроном (приклад аннігіляції матерії - антиречовини). Коли це відбувається, виробляються два високоенергетичних гамма-променя і виходять зі сцени анігіляції в точно протилежних напрямках. Під час ПЕТ-сканування пацієнту роблять ін'єкцію, що містить фтордезоксиглюкозу (ФДГ) - аналог цукру. Аналог глюкози поглинається метаболічно активними клітинами, де ФДГ накопичується і піддається позитронному розпаду. Після короткого періоду очікування пацієнта сканують за допомогою кругового масиву детекторів гамма-випромінювання. Той факт, що гамма-промені випромінюються в протилежних напрямках, дозволяє приєднаному комп'ютеру «провести лінію» через пацієнта, де лінія проходить через точку знищення. Оскільки це відбувається через багато напрямків, точне місце випромінювання можна точно розрахувати, а потім зобразити у вигляді тривимірної картини, що показує інтенсивність випромінювання.