Процессы, относящиеся к позитронному распаду.

Позитро́нно-электро́нная томогра́фия (ПЭТ), она же двухфотонная эмиссиионная томография — радионуклидный томографический метод исследованиявнутренних органов человека или животного. Она отличается от однофотоннойэмиссионной радиоизотопной томографии тем, что для ее реализации необходимыхимфармпрепараты, которые содержат радиоактивные изотопы, излучающие позитроны или гамма-кванты с энергией гамма-излучения более 1024 кэВ. Взаимодействуя с тканями организма, каждый первичный квант создает две частицы: электрон ипозитрон, что в дальнейшем приводит к одновременному образованию двух гамма-квантов, вылетающих в противоположные стороны. В позитронно-эмиссионном томографе происходит регистрация этих гамма-квантов с помощью нескольких колецдетекторов, окружающих пациента. Типичный временной интервал для одновременной регистрации двух γ-квантов составляет Δ t = 10-50 нс (точность – 10%). Возникает возможность вычислять точную координату их возникновения, т.е. строитьизображение математическими методами восстановления.

Одним из направлений ПЭТ является использование свойства неустойчивостиядер ультракоротко живущих изотопов, в которых количество протонов превышаетколичество нейтронов (15О2, 18F и др.). При переходе ядра в устойчивое состояниеоно излучает позитрон, который проходит в окружающих тканях расстояние, равное1-3 мм, теряя энергию при соударении с другими молекулами. В момент остановкипозитрон соединяется с электроном, происходит их аннигиляция: масса обеих частиц переходит в энергию - излучаются два высокоэнергетических гамма-кванта,разлетающихся в противоположные стороны под углом 180.

Аннигиля́ция — реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных. Наиболее изученной является аннигиляция электрон-позитронной пары. При низких энергиях сталкивающихся электрона и позитрона, а также при аннигиляции их связанного состояния — позитрония — эта реакция аннигиляции даёт в конечном состоянии два или три фотона, в зависимости от ориентации спинов электрона и позитрона. При энергиях порядка нескольких МэВ становится важной и многофотонная аннигиляция электрон-позитронной пары. При энергиях порядка сотен МэВ в процессе аннигиляции электрон-позитронной пары рождаются в основном адроны. Изучалась также и аннигиляция протон-антипротонной и нейтрон-антинейтронной пар.

Позитро́нный распа́д — тип бета-распада, также иногда называемый «бета-

плюс-распад» (β+- распад), «эмиссия позитронов» или «позитронная эмиссия». В β+- распаде один из протонов ядра превращается посредством слабого взаимодействия в нейтрон, позитрон и нейтрино. Многие изотопы испускают позитроны, в том числе углерод-11, азот-13, кислород-15, фтор-18, иод-121. Например, в следующем уравнении рассматривается превращение посредством β+-распада углерода-11 в бор-11 с испусканием позитрона e + и нейтрино νe: 11С  11 B  e    e. (5.16) Процесс позитронного распада всегда конкурирует с электронным захватом, который имеет энергетический приоритет, но как только энергетическая разница ис-

чезает, коэффициент ветвления реакции сдвигается в сторону позитронного распада. Для того, чтобы позитронный распад мог происходить, разница между массами распадающегося и дочернего атомов Q β должна превосходить удвоенную массу электрона (т.е. Q β > 2 me = 2×511 кэВ = 1022 кэВ). В то же время электронный захват может происходить при любой положительной разнице масс. Спектр кинетической энергии позитронов, испускаемых ядром в позитронном распаде, непрерывен и лежит в диапазоне от 0 до E max = Q β − 2 me. В этом же диапазоне лежит энергия излучаемых нейтрино. Сумма кинетических энергий позитрона и нейтрино равна E max. Позитрон почти мгновенно аннигилирует с одним из электронов окружающего распавшийся атом вещества, излучая два аннигиляционных гамма-кванта с энергией 511 кэВ и противоположно направленным импульсом, разлетающихся под углом 180 , регистрация которых осуществляется датчиками системы (см. рисунок 46).