正电子发射

正电子发射，又称β⁺衰变，是一种放射性衰变的方式，属于β衰变的一种。在这种衰变反应中，一个质子转化成中子，同时释放出一个正电子和一个电中微子。^[1]

正电子发射的同位素

能发生正电子发射而放出正电子的同位素有碳-11、钾-40、氮-13、氧-15、氟-18和碘-121等。例如，以下的方程表示了从碳-11到硼-11的正电子发射，同时放出正电子和电子中微子：

${\displaystyle \mathrm {^{11}_{\ 6}C\ {\xrightarrow[{20.38\ m}]{}}\ _{\ 5}^{11}B\ +e^{+}\ +v_{e}\ +0.96MeV} }$

发射机理

质子和中子是由更小的基本粒子夸克构成的。最常见的两种夸克是u夸克（带+²/₃个元电荷）和d夸克（带-¹/₃个元电荷）。夸克三个一组结合起来就构成质子和中子。因此，带一个正电荷的质子由两个u夸克和一个d夸克构成。而不带电的中子由一个u夸克和两个d夸克构成。通过弱相互作用，u夸克还能改变味而转化成d夸克，这就会导致β辐射。正电子发射就是因为一个u夸克转化成d夸克而造成的。^[2]

能发生正电子发射的原子核也可能发生电子俘获。对于低能量衰变，电子俘获在能量上占据2m_ec² = 1.022 MeV的优势，因为终态少了一个电子而不是多了一个正电子。随着衰变的能量升高，分支系数（英语：Branching fraction）也会升高。然而，如果能量的差别小于2m_ec²，正电子发射将不能发生，此时只有电子俘获能进行。特定的同位素（例如铍-7,7
Be
）在银河宇宙射线中是稳定的，因为电子被射线电离，此时的衰变能量对于正电子发射太少了。

应用

这些同位素可用于一种称作正电子发射断层扫描的医学影像技术。注意放出的能量取决于衰变的同位素种类，0.96 MeV的数据只适用于同位素碳-11的衰变。在质量更大的同位素中，质子转换成中子产生的能量小于2m_e，因此不会自发地进行正电子发射。

用于断层扫描的半衰期很短的正电子发射同位素11
C
、13
N
、15
O
和18
F
通常由天然核反应或人工用质子轰击富集的靶获得。^[3][4]

参考资料

1. The University of North Carolina at Chapel Hill. Nuclear Chemistry. [2012-06-14]. （原始内容存档于2019-02-24）.
2. How it works:Positron emission (PDF). [2012-06-14]. （原始内容存档 (PDF)于2013-02-08）.
3. Positron Emission Tomography Imaging at the University of British Columbia （页面存档备份，存于互联网档案馆） (accessed 11 May 2012)
4. K. W. D. Ledingham et al., High power laser production of short-lived isotopes for positron emission tomography, Journal of Physics D: Applied Physics Volume 37 Number 16, 2004, 2341 doi:10.1088/0022-3727/37/16/019 (accessed 11 May 2012)

外部链接

• The LIVEChart of Nuclides - IAEA with filter on β⁺ decay