正電子發射

正電子發射，又稱β⁺衰變，是一種放射性衰變的方式，屬於β衰變的一種。在這種衰變反應中，一個質子轉化成中子，同時釋放出一個正電子和一個電微中子。^[1]

正電子發射的同位素

能發生正電子發射而放出正電子的同位素有碳-11、鉀-40、氮-13、氧-15、氟-18和碘-121等。例如，以下的方程式表示了從碳-11到硼-11的正電子發射，同時放出正電子和電子微中子：

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

發射機理

質子和中子是由更小的基本粒子夸克構成的。最常見的兩種夸克是上夸克（帶+²/₃個元電荷）和下夸克（帶-¹/₃個元電荷）。夸克三個一組結合起來就構成質子和中子。因此，帶一個正電荷的質子由兩個上夸克和一個下夸克構成。而不帶電的中子由一個上夸克和兩個下夸克構成。通過弱相互作用，上夸克還能改變味而轉化成下夸克，這就會導致β輻射。正電子發射就是因為一個上夸克轉化成下夸克而造成的。^[2]

能發生正電子發射的原子核也可能發生電子俘獲。對於低能量衰變，電子俘獲在能量上佔據2m_ec² = 1.022 MeV的優勢，因為終態少了一個電子而不是多了一個正電子。隨着衰變的能量升高，分支係數（英語：Branching fraction）也會升高。然而，如果能量的差別小於2m_ec²，正電子發射將不能發生，此時只有電子俘獲能進行。特定的同位素（例如鈹-7,7
Be
）在銀河宇宙射線中是穩定的，因為電子被射線電離，此時的衰變能量對於正電子發射太少了。

應用

這些同位素可用於一種稱作正電子發射斷層掃描的醫學影像技術。注意放出的能量取決於衰變的同位素種類，0.96 MeV的數據只適用於同位素碳-11的衰變。在質量更大的同位素中，質子轉換成中子產生的能量小於2m_e，因此不會自發地進行正電子發射。

用於斷層掃描的半衰期很短的正電子發射同位素11
C
、13
N
、15
O
和18
F
通常由天然核反應或人工用質子轟擊富集的靶獲得。^[3][4]

參考資料

1. The University of North Carolina at Chapel Hill. Nuclear Chemistry. [2012-06-14]. （原始內容存檔於2019-02-24）.
2. How it works:Positron emission (PDF). [2012-06-14]. （原始內容存檔 (PDF)於2013-02-08）.
3. Positron Emission Tomography Imaging at the University of British Columbia （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） (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)

外部連結

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