Emisión de positrones - Positron emission
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Tomografía por emisión , beta más caries , o β + decaimiento es un subtipo de la desintegración radiactiva llamado desintegración beta , en el que un protón en el interior de un radionúclido núcleo se convierte en una de neutrones , mientras que la liberación de un positrón y un neutrino electrónico ( ν e ). La emisión de positrones está mediada por la fuerza débil . El positrón es un tipo de partícula beta (β + ), siendo la otra partícula beta el electrón (β - ) emitido por la desintegración β - de un núcleo.
Se muestra un ejemplo de emisión de positrones ( desintegración β + ) con magnesio-23 descomponiéndose en sodio-23 :
-
23
12Mg
→ 23
11N / A
+
mi+
+
ν
mi
Debido a que la emisión de positrones disminuye el número de protones en relación con el número de neutrones, la desintegración de positrones ocurre típicamente en radionucleidos grandes "ricos en protones". La desintegración del positrón da como resultado la transmutación nuclear , que convierte un átomo de un elemento químico en un átomo de un elemento con un número atómico menor en una unidad.
La emisión de positrones ocurre muy raramente de forma natural en la tierra, cuando es inducida por un rayo cósmico o por una de cada cien mil desintegraciones de potasio-40 , un isótopo raro, el 0,012% de ese elemento en la tierra.
Por emisión de positrones no debe confundirse con la emisión de electrones o menos desintegración beta (β - decaimiento), que se produce cuando un neutrón se convierte en un protón y el núcleo emite un electrón y un antineutrino.
La emisión de positrones es diferente de la desintegración de protones , la desintegración hipotética de los protones, no necesariamente aquellos unidos con neutrones, no necesariamente a través de la emisión de un positrón, y no como parte de la física nuclear, sino más bien de la física de partículas .
Descubrimiento de la emisión de positrones
En 1934, Frédéric e Irène Joliot-Curie bombardearon aluminio con partículas alfa (emitidas por polonio ) para efectuar la reacción nuclear.4
2Él
+ 27
13Alabama
→ 30
15PAG
+ 1
0norte
, y observó que el isótopo del producto 30
15PAG
emite un positrón idéntico a los encontrados en los rayos cósmicos por Carl David Anderson en 1932. Este fue el primer ejemplo de
β+
decaimiento (emisión de positrones). Los Curie denominaron el fenómeno "radiactividad artificial", porque30
15PAG
es un nucleido de vida corta que no existe en la naturaleza. El descubrimiento de la radiactividad artificial se citaría cuando el equipo formado por marido y mujer ganara el Premio Nobel.
Isótopos emisores de positrones
Los isótopos que sufren esta desintegración y por lo tanto emiten positrones incluyen carbono-11 , nitrógeno-13 , oxígeno-15 , flúor-18 , cobre-64 , galio-68, bromo-78, rubidio-82 , itrio-86, circonio-89, itrio-90, sodio-22 , aluminio-26 , potasio-40 , estroncio-83 y yodo-124 . Como ejemplo, la siguiente ecuación describe la desintegración beta más del carbono-11 en boro -11, emitiendo un positrón y un neutrino :
Mecanismo de emisión
Dentro de los protones y neutrones, hay partículas fundamentales llamadas quarks . Los dos tipos más comunes de quarks son quarks arriba , que tienen una carga de + 2 / 3 , y hacia abajo quarks , con a - 1 / 3 de carga. Los quarks se organizan en grupos de tres de tal manera que producen protones y neutrones . En un protón, cuya carga es 1, hay dos hasta quarks y uno abajo quark ( 2 / 3 + 2 / 3 - 1 / 3 = 1). Los neutrones, sin cargo, tener uno hasta quark y dos hacia abajo quarks ( 2 / 3 - 1 / 3 - 1 / 3 = 0). A través de la interacción débil , los quarks pueden cambiar el sabor de abajo hacia arriba , lo que resulta en la emisión de electrones . La emisión de positrones ocurre cuando un quark up se convierte en un quark down , convirtiendo efectivamente un protón en un neutrón.
Los núcleos que decaen por emisión de positrones también pueden decaer por captura de electrones . Para las desintegraciones de baja energía, la captura de electrones se ve favorecida energéticamente por 2 m e c 2 = 1.022 MeV, ya que el estado final tiene un electrón eliminado en lugar de un positrón agregado. A medida que aumenta la energía de la desintegración, también lo hace la fracción de ramificación de la emisión de positrones. Sin embargo, si la diferencia de energía es menor que 2 m e c 2 , entonces la emisión de positrones no puede ocurrir y la captura de electrones es el único modo de desintegración. Ciertos isótopos que capturan electrones (por ejemplo,7
Ser
) son estables en los rayos cósmicos galácticos , porque los electrones se eliminan y la energía de desintegración es demasiado pequeña para la emisión de positrones.
Conservación de energía
Se expulsa un positrón del núcleo principal y el átomo hijo (Z − 1) debe desprender un electrón orbital para equilibrar la carga. El resultado general es que la masa de dos electrones es expulsada del átomo (uno para el positrón y otro para el electrón), y la desintegración β + es energéticamente posible si y solo si la masa del átomo padre excede la masa del átomo principal. átomo hijo por al menos dos masas de electrones (1,02 MeV).
Los isótopos que aumentan de masa bajo la conversión de un protón en un neutrón, o que disminuyen en masa en menos de 2 m e , no pueden decaer espontáneamente por emisión de positrones.
Solicitud
Estos isótopos se utilizan en la tomografía por emisión de positrones , una técnica utilizada para la obtención de imágenes médicas. La energía emitida depende del isótopo en descomposición; la cifra de 0,96 MeV se aplica solo a la desintegración del carbono 11.
Los isótopos emisores de positrones de vida corta 11 C (T 1/2 = 20,4 min.), 13 N (T 1/2 = 10 min.), 15 O (T 1/2 = 2 min.) Y 18 F ( T 1/2 = 110 min.) Utilizados para la tomografía por emisión de positrones se producen típicamente por irradiación de protones de dianas naturales o enriquecidas.
Referencias
enlaces externos
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Gráfico dinámico de nucleidos: estructura nuclear y datos de desintegración (principales modos de desintegración) - OIEA
