Перегляд вихідного коду сторінки Позитронний розпад

{{Ядерна фізика}}

'''Позитроний розпад''', '''бета-плюс-розпад''' або '''β<sup>+</sup> -розпад'''&nbsp;— це підтип [[Радіоактивність|радіоактивного розпаду]], званого [[бета-розпад]]ом, у якому [[протон]] всередині [[Радіонукліди|радіонуклідного]] ядра перетворюється на [[нейтрон]], вивільняючи [[позитрон]] і [[електронне нейтрино]] ({{Math|''ν''<sub>e</sub>}}).<ref>{{Cite web|publisher=The University of North Carolina at Chapel Hill|title=Nuclear Chemistry|url=http://www.shodor.org/unchem/advanced/nuc/|accessdate=2012-06-14}}</ref> Випромінювання позитронів опосередковується [[Слабка взаємодія|слабкою силою]] . Позитрон&nbsp;— це різновид [[бета-частинки]] (β <sup>+</sup>), інша бета-частинка&nbsp;— електрон (β <sup>−</sup>), випущений у результаті β <sup>−</sup> розпаду ядра.

Приклад випромінювання позитронів (β <sup>+</sup> розпад) показано з розпадом [[Магній-23|магнію-23]] на [[натрій-23|натрій-23]]:

: {{Нуклід|Magnesium|23}} → {{Нуклід|Sodium|23}} + e<sup>+</sup> + {{Math|''ν''<sub>e</sub>}}

Оскільки випромінювання позитронів зменшує число протонів відносно числа нейтронів, позитронний розпад зазвичай відбувається у великих «багатих протонами» радіонуклідах. Позитронний розпад призводить до [[Ядерна трансмутація|трансмутації ядра]], перетворюючи атом одного хімічного елемента на атом елемента з [[Атомний номер|атомним номером]], меншим на одиницю.

Позитронний розпад відбувається дуже рідко на Землі природним шляхом, коли він викликається [[Космічні промені|космічними променями]] або в результаті одного зі ста тисяч розпаду [[Калій-40|калію-40]], рідкісного ізотопу, частка якого на Землі складає 0,012&nbsp;%.

Позитронний розпад не слід плутати з бета-розпадом (β<sup>-</sup> розпадом), який відбувається, коли нейтрон перетворюється на протон, а ядро випускає електрон і антинейтрино.

Випромінювання позитронів відрізняється від [[Розпад протона|розпаду протона]], гіпотетичного процесу розпаду протонів, не обов'язково зв'язаних з нейтронами, не обов'язково через випромінювання позитронів і не як частина ядерної фізики, а скоріше [[Фізика елементарних частинок|фізики елементарних частинок]].

== Відкриття позитронного розпаду ==
У 1934 році [[Фредерік Жоліо-Кюрі|Фредерік]] та [[Ірен Жоліо-Кюрі]] бомбардували алюміній [[альфа-частинка]]ми (випромінюваними [[Полоній|полонієм]]), щоб здійснити ядерну реакцію <math>^4_2 He + ^{27}_{13} Al \rightarrow ^{30}_{15} P + ^1_0 n</math>, і спостерігали, що продукт ізотоп {{Нуклід|Phosphorus|30}} випромінює позитрон, ідентичний позитрону, знайденому в космічних променях [[Карл Девід Андерсон|Карлом Девідом Андерсоном]] у 1932 році.<ref>{{Cite journal|author=Joliot MF, Curie I|date=1934|title=Un nouveau type de radioactivité|trans-title=A new type of radioactivity|url=https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k31506/f254.image|journal=J. Phys.|language=French|volume=5|issue=153|pages=254}}</ref> Це був перший приклад{{SubatomicParticle|Beta+}}-&nbsp;розпаду (позитронного розпаду). Подружжя Кюрі назвало це явище «штучною радіоактивністю», оскільки [[фосфор-30|{{Нуклід|Phosphorus|30}}]] це короткоживучий нуклід, якого не існує в природі. Відкриття штучної радіоактивності згадувалося, коли команда чоловіка та дружини отримала Нобелівську премію.

== Ізотопи, що випромінюють позитрони ==
[[Ізотопи]], які зазнають цього розпаду і таким чином випромінюють позитрони, включають [[вуглець-11]], [[азот-13]], [[кисень-15]], [[фтор-18|фтор-18]], {{iw|мідь-64||en|Copper-64}}, {{li|галій-68|Q=Q2516934}}, {{li|бром-78|Q=Q1879633}}, {{iw|рубідій-82||en|Rubidium-82}}, {{li|ітрій-86|Q=Q18845303}}, [[цирконій-89]],<ref name="Conti 2016">{{Cite journal|author=Conti M, Eriksson L|date=December 2016|title=Physics of pure and non-pure positron emitters for PET: a review and a discussion|journal=EJNMMI Physics|volume=3|issue=1|pages=8|doi=10.1186/s40658-016-0144-5|pmc=4894854|pmid=27271304}}</ref> [[натрій-22|натрій-22]], [[алюміній-26|алюміній-26]], [[калій-40]], {{iw|стронцій-83||en|Strontium-83}} і {{iw|йод-124||en|Iodine-124}}.<ref name="Conti 2016" /><ref>{{Cite web|url=https://www-nds.iaea.org/amdc/ame2020/NUBASE2020.pdf|title=The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties|last=Kondev|first=F. G.|language=англійською|last2=Wang|first2=M.|last3=Huang|first3=W. J.|last4=Naimi|first4=S.|last5=Audi|first5=G.|doi=10.1088/1674-1137/abddae}}</ref> Як приклад, наступне рівняння описує позитронний розпад вуглецю-11 до [[бор]]у-11 з випромінюванням позитрона і [[нейтрино]]:

<math>^{11}_6 C \rightarrow ^{11}_5 B + e^+ + \nu_e + 0,96 </math> МеВ

== Механізм розпаду ==
Усередині протонів і нейтронів знаходяться [[Фундаментальна частинка|фундаментальні частинки]], які називаються [[кварк]]ами. Два найпоширеніші типи кварків&nbsp;— це ''[[U-кварк]]и'', які мають заряд +2/3, а ''[[D-кварк]]и'' із зарядом −1/3.&nbsp; Кварки об'єднуються в набори по три таким чином, що утворюють [[протон]]и та [[нейтрон]]и. У протоні, заряд якого дорівнює +1, є два U-кварка і один ''D-''кварк (2/3&nbsp;+2/3 −1/3 = 1). Нейтрони без заряду мають один U-кварк і два ''D-''кварки (2/3 −1/3 −1/3 = 0). Через [[Слабка взаємодія|слабку взаємодію]] кварки можуть змінювати [[Аромат (квантове число)|аромат]] від ''нижчого'' до ''вищого'', що призводить до випромінювання [[Бета-частинки|електронів]]. Випромінювання позитронів відбувається, коли ''U-''кварк перетворюється на ''D-''кварк, через що протон перетворюється на нейтрон.<ref>[http://courses.washington.edu/bioen508/Lecture5-B-PET.pdf How it works: Positron emission]</ref>

Ядра, які розпадаються шляхом випромінювання позитронів, можуть також розпадатися шляхом [[Електронне захоплення|захоплення електронів]]. Для низькоенергетичних розпадів захоплення електрона енергетично більш сприятливе до межі 2''m''<sub>e</sub>''c''<sup>2</sup> = {{Val|1.022}}, оскільки в кінцевому стані вилучається електрон, а не додається позитрон. Оскільки енергія розпаду зростає, зростає і {{iw|коефіцієнт розгалуження||en|Branching fraction}} позитронного розпаду. Однак, якщо різниця в енергіях менше 2''m''<sub>e</sub>''c''<sup>2</sup>, то випромінювання позитронів не може відбутися, а захоплення електронів є єдиним способом розпаду. Деякі електрон-захоплюючі ізотопи (наприклад, [[Берилій-7|<sup>7</sup>Be]]) є стабільними в [[Космічні промені|галактичних космічних променях]], оскільки електрони відриваються, а енергія розпаду надто мала для випромінювання позитронів.

== Збереження енергії ==
Позитрон викидається з батьківського ядра, а дочірній (Z-1) атом повинен відкинути орбітальний електрон, щоб збалансувати заряд. Загальний результат полягає в тому, що маса двох електронів викидається з атома (один для позитрона і один для електрона), і β <sup>+</sup> розпад є енергетично можливим [[Тоді й лише тоді|тоді і тільки тоді]], коли маса батьківського атома перевищує масу дочірнього атома принаймні на дві маси електрона (2''m''<sub>e</sub> = 1,022&nbsp;МеВ).<ref name="L'Annunziata_180">{{Cite book
|title=Radioactivity: Introduction and History, From the Quantum to Quarks
|last=L'Annunziata
|first=Michael F.
|year=2016
|publisher=Elsevier
|page=180
|isbn=9780444634962
}}</ref>

Ізотопи, маса яких збільшується при перетворенні протона в нейтрон або зменшується менше ніж на 2''m''<sub>e</sub>, не можуть спонтанно розпадатися через випромінювання позитронів.<ref name="L'Annunziata_180" />

== Застосування ==
Ці ізотопи використовуються в [[Позитрон-емісійна томографія|позитронно-емісійній томографії]], методі, який використовується для медичної візуалізації. Виділена енергія залежить від ізотопу, який розпадається; показник {{Val|0.96}} МеВ стосується лише розпаду [[Вуглець-11|вуглецю-11]].

Короткоживучі ізотопи, що випромінюють позитрони <sup>11</sup>C (<math>T_{1/2}</math><sub> </sub> = {{Val|20.4}} хв), <sup>13</sup>N (<math>T_{1/2}</math><sub> </sub> = {{Val|10}} хв), <sup>15</sup>О (<math>T_{1/2}</math><sub> </sub> = {{Val|2}} хв) і <sup>18</sup>F (<math>T_{1/2}</math><sub> </sub> = {{Val|110}} хв), які використовуються для позитронно-емісійної томографії, як правило, отримують опроміненням протонами природних або збагачених мішеней.<ref>{{Cite web|url=http://www.pet.ubc.ca/radioisotopes|title=Positron Emission Tomography Imaging at the University of British Columbia|accessdate=11 травня 2012|website=Positron Emission Tomography Imaging|publisher=University of British Columbia|url-status=dead|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180122030757/http://www.pet.ubc.ca/radioisotopes|archivedate=2018-01-22}}</ref><ref>{{Cite journal|author=Ledingham KW, McKenna P, McCanny T, Shimizu S, Yang JM, Robson L, Zweit J, Gillies JM, Bailey J, Chimon GN, Clarke RJ|year=2004|title=High power laser production of short-lived isotopes for positron emission tomography|journal=Journal of Physics D: Applied Physics|volume=37|issue=16|pages=2341–2345|bibcode=2004JPhD...37.2341L|doi=10.1088/0022-3727/37/16/019}}</ref>

== Примітки ==
{{Reflist}}

== Посилання ==

* [[Файл:Ndslivechart.png]] '''[https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html Жива діаграма нуклідів: структура ядер і дані про розпад]''' (основні способи розпаду)&nbsp;— МАГАТЕ
{{Ядерні реакції}}{{Бібліоінформація}}
[[Категорія:Антиматерія]]
[[Категорія:Електрон]]
[[Категорія:Радіоактивність]]
[[Категорія:Радіоактивні розпади]]