양전자 방출
Positron emission| 핵물리학 |
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| 핵·핵자(p, n)·핵물질·핵력·핵구조·핵반응 |
양전자 방출, 베타 플러스 붕괴 또는+ β 붕괴는 베타 붕괴라고 불리는 방사성 붕괴의 하위 유형으로, 방사성 핵종 핵 내의 양성자가 양전자와 전자 중성미자(βe)[1]를 방출하면서 중성자로 변환된다.양전자 방출은 약한 힘에 의해 매개된다.양전자는 베타 입자(β+)의 한 종류이며, 다른 베타 입자는 핵의 β− 붕괴에서 방출되는 전자(β−)이다.
양전자+ 방출(β 붕괴)의 예는 마그네슘-23이 나트륨-23으로 붕괴되는 것과 같다.
- 23
12Mg
→ Na
+ e+
+ µ
e
양전자 방출은 중성자 수에 비해 양성자 수를 감소시키기 때문에 양전자 붕괴는 일반적으로 대규모 "양성자가 풍부한" 방사성핵종에서 발생한다.양전자 붕괴는 핵변환을 일으켜 하나의 화학 원소의 원자를 하나의 단위보다 적은 원자 번호를 가진 원소의 원자로 변화시킨다.
양전자 방출은 우주선에 의해 유도되거나 지구상 희귀 동위원소인 칼륨-40의 10만 데크 중 1개, 즉 0.012%에서 자연적으로 매우 드물게 발생한다.
양전자 방출은 중성자가 양성자로 변하고 핵이 전자와 반중성미자를 방출할 때 발생하는 전자 방출이나 베타 마이너스 붕괴(β− 붕괴)와 혼동해서는 안 된다.
양전자 방출은 양성자 붕괴, 즉 양성자의 가상의 붕괴와는 다릅니다. 반드시 중성자로 묶인 것은 아니며, 반드시 양자의 방출을 통해서가 아니라, 핵물리학의 일부로서, 그리고 입자물리학의 일부로서입니다.
양전자 방출 발견
1934년 프레데릭과 이리엔 졸리오-퀴리는 핵반응을
일으키기 위해 (폴로늄에 의해 검출된
) 알파 입자를 알루미늄에 충돌시켰고,[2] 1932년 칼 데이비드 앤더슨이 우주선에서 발견한 것과
동일한 양전자를 방출하는 것을 관찰했다.이는 β 붕괴(양전자 방출)의+
첫 번째 사례였다.퀴리에서는 P가 자연에 존재하지 않는 단수명 핵종이기 때문에
이 현상을 "인공 방사능"이라고 불렀다.인공 방사능의 발견은 남편과 아내 팀이 노벨상을 수상했을 때 인용될 것이다.
양전자 방출 동위원소
이러한 붕괴를 거쳐 양전자를 방출하는 동위원소는 탄소-11, 질소-13, 산소-15, 불소-18, 구리-64, 갈륨-68, 브롬-78, 루비듐-82, 이트륨-86, 지르코늄-89, 이트륨-90,[3] 나트륨-22, 알루미늄-26, 칼륨-40, 스트론튬-83,[3][4] 요오드-124를 포함한다.예를 들어, 다음 방정식은 양전자와 중성미자를 방출하는 탄소-11에서 붕소-11로의 베타 플러스 붕괴를 설명한다.
배출 메커니즘
양성자와 중성자 안에는 쿼크라고 불리는 기본 입자가 있습니다.가장 흔한 두 종류의 쿼크는 +의 전하를 갖는 업 쿼크이다.2/3과 다운쿼크, -1/3 전하.쿼크는 양성자와 중성자를 만들도록 세 개로 배열된다.전하가 +1인 양성자에는 2개의 업 쿼크와 1개의 다운 쿼크가 있다(233 + 233 - 133 = 1 ） 。중성자는 전하 없이 1개의 업 쿼크와 2개의 다운 쿼크가 있다(2 -3 - 1 -3 - 133 = 0).약한 상호작용을 통해 쿼크는 아래로부터 위로 향을 바꿔 전자 방출을 일으킬 수 있습니다.양전자 방출은 업 쿼크가 다운 쿼크로 변화하여 양성자를 [5]중성자로 효과적으로 변환할 때 발생합니다.
양전자 방출에 의해 붕괴되는 핵도 전자 포획에 의해 붕괴될 수 있다.저에너지 붕괴의 경우, 최종 상태에는 양전자 대신 전자가 제거되기 때문에 전자 포획은 2mce2 = 1.022 MeV로 에너지적으로 선호된다.붕괴 에너지가 상승함에 따라 양전자 방출의 분기율도 상승합니다.그러나 에너지 차이가 2mce2 미만일 경우 양전자 방출이 발생하지 않고 전자 포획이 유일한 붕괴 모드이다.그렇지 않으면 전자를 포획하는 특정 동위원소(예: Be
)는 전자가 벗겨지고 붕괴 에너지가 양전자 방출에 비해 너무 작기 때문에 은하 우주선에서 안정적입니다.
에너지 절약
양전자는 모핵에서 방출되며, 딸(Z-1) 원자는 전하 균형을 맞추기 위해 궤도 전자를 방출해야 한다.그 결과 2개의 전자의 질량이 원자(양전자용 1개, 전자용 1개)에서 방출되며, 부모 원자의 질량이 적어도 2개의 전자 질량(2me; 1.022 MeV)[6]만큼 딸 원자의 질량을 초과하는 경우에만 β 붕괴가+ 에너지적으로 가능하다.
양성자가 중성자로 변환될 때 질량이 증가하거나 질량이 2me 미만으로 감소하는 동위원소는 양전자 [6]방출에 의해 자발적으로 붕괴할 수 없다.
어플
이 동위원소들은 의료 영상촬영에 사용되는 기술인 양전자 방출 단층촬영에 사용된다.방출되는 에너지는 붕괴 중인 동위원소에 따라 달라지며, 0.96 MeV의 수치는 탄소-11의 붕괴에만 적용된다.
양전자 방출 단층촬영에 사용된 단수명 양전자 방출 동위원소 C(T1⁄2 = 20.4분), N(T1⁄2 = 10분), O(T1⁄2 = 2분), F(T1⁄2 = 110분)는 일반적으로 자연 또는 농축 [7][8]표적을 양성자 조사하여 생성된다.
레퍼런스
- ^ "Nuclear Chemistry". The University of North Carolina at Chapel Hill. Retrieved 2012-06-14.
- ^ Joliot MF, Curie I (1934). "Un nouveau type de radioactivité" [A new type of radioactivity]. J. Phys. (in French). 5 (153): 254.
- ^ a b Conti M, Eriksson L (December 2016). "Physics of pure and non-pure positron emitters for PET: a review and a discussion". EJNMMI Physics. 3 (1): 8. doi:10.1186/s40658-016-0144-5. PMC 4894854. PMID 27271304.
- ^ Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
- ^ 구조:양전자 방출
- ^ a b L'Annunziata, Michael F. (2016). Radioactivity: Introduction and History, From the Quantum to Quarks. Elsevier. p. 180. ISBN 9780444634962.
- ^ "Positron Emission Tomography Imaging at the University of British Columbia". Positron Emission Tomography Imaging. University of British Columbia. Archived from the original on 22 January 2018. Retrieved 11 May 2012.
- ^ Ledingham KW, McKenna P, McCanny T, Shimizu S, Yang JM, Robson L, Zweit J, Gillies JM, Bailey J, Chimon GN, Clarke RJ (2004). "High power laser production of short-lived isotopes for positron emission tomography". Journal of Physics D: Applied Physics. 37 (16): 2341–2345. Bibcode:2004JPhD...37.2341L. doi:10.1088/0022-3727/37/16/019.
