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 Δt = 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 Qβ должна превосходить удвоенную массу электрона (т.е. Qβ > 2me = 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 Emax = Qβ − 2me. В этом же диапазоне лежит энергия излучаемых нейтрино. Сумма кинетических энергий позитрона и нейтрино равна Emax. 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).