Emissão de pósitrons - Positron emission
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Positron Emission , beta mais deterioração , ou β + deterioração é um subtipo de decaimento radioactivo chamado decaimento beta , em que um protão dentro de um radionuclídeo núcleo é convertido num neutrões ao liberar um positrão e um neutrino electrões ( ν e ). A emissão de pósitrons é mediada pela força fraca . O pósitron é um tipo de partícula beta (β + ), a outra partícula beta sendo o elétron (β - ) emitido pelo decaimento β - de um núcleo.
Um exemplo de emissão de pósitrons ( decaimento β + ) é mostrado com o magnésio-23 decaindo em sódio-23 :
-
23
12Mg
→ 23
11N / D
+
e+
+
ν
e
Como a emissão de pósitrons diminui o número de prótons em relação ao número de nêutrons, o decaimento de pósitrons ocorre normalmente em grandes radionuclídeos "ricos em prótons". O decaimento do pósitron resulta na transmutação nuclear , transformando um átomo de um elemento químico em um átomo de um elemento com um número atômico inferior em uma unidade.
A emissão de pósitrons ocorre muito raramente naturalmente na Terra, quando induzida por um raio cósmico ou de um em cem mil decaimentos de potássio-40 , um isótopo raro, 0,012% daquele elemento na Terra.
De emissão de positrões não deve ser confundida com a emissão de electrões ou deterioração menos beta (β - decaimento), que ocorre quando um neutrões se transforma em um protão e o núcleo emite um electrão e um antineutrino.
A emissão de pósitrons é diferente do decaimento de prótons , o decaimento hipotético de prótons, não necessariamente aqueles ligados a nêutrons, não necessariamente através da emissão de um pósitron, e não como parte da física nuclear, mas sim da física de partículas .
Descoberta da emissão de pósitrons
Em 1934, Frédéric e Irène Joliot-Curie bombardearam o alumínio com partículas alfa (emitidas pelo polônio ) para efetuar a reação nuclear4
2Ele
+ 27
13Al
→ 30
15P
+ 1
0n
, e observou que o isótopo do produto 30
15P
emite um pósitron idêntico aos encontrados em raios cósmicos por Carl David Anderson em 1932. Este foi o primeiro exemplo de
β+
decadência (emissão de pósitrons). Os Curies denominaram o fenômeno de "radioatividade artificial", porque30
15P
é um nuclídeo de vida curta que não existe na natureza. A descoberta da radioatividade artificial seria citada quando a equipe de marido e mulher ganhasse o Prêmio Nobel.
Isótopos emissores de pósitrons
Os isótopos que sofrem esta decadência e, assim, emitem pósitrons incluem carbono-11 , nitrogênio-13 , oxigênio-15 , flúor-18 , cobre-64 , gálio-68, bromo-78, rubídio-82 , ítrio-86, zircônio-89, ítrio-90, sódio-22 , alumínio-26 , potássio-40 , estrôncio-83 e iodo-124 . Como exemplo, a seguinte equação descreve o decaimento beta mais do carbono-11 para o boro -11, emitindo um pósitron e um neutrino :
Mecanismo de emissão
Dentro dos prótons e nêutrons, existem partículas fundamentais chamadas quarks . Os dois mais comuns tipos de quark são acima quark , que têm uma carga de + 2 / 3 , e quark down , com um - 1 / 3 carga. Os quarks se organizam em conjuntos de três, de modo que formam prótons e nêutrons . Em um protão, cuja carga é um, existem dois se quark e um baixo quark ( 2 / 3 + 2 / 3 - 1 / 3 = 1). Neutrões, sem carga, têm um até quark e dois para baixo quark ( 2 / 3 - 1 / 3 - 1 / 3 = 0). Por meio da interação fraca , os quarks podem mudar o sabor de baixo para cima , resultando na emissão de elétrons . A emissão de pósitrons ocorre quando um quark up se transforma em um quark down , convertendo efetivamente um próton em um nêutron.
Os núcleos que decaem por emissão de pósitrons também podem decair por captura de elétrons . Para decaimentos de baixa energia, a captura de elétrons é energeticamente favorecida por 2 m e c 2 = 1,022 MeV, uma vez que o estado final tem um elétron removido em vez de um pósitron adicionado. À medida que a energia do decaimento aumenta, o mesmo ocorre com a fração ramificada da emissão de pósitrons. No entanto, se a diferença de energia for inferior a 2 m e c 2 , a emissão de pósitrons não pode ocorrer e a captura de elétrons é o único modo de decaimento. Certos isótopos de captura de elétrons (por exemplo,7
Ser
) são estáveis em raios cósmicos galácticos , porque os elétrons são arrancados e a energia de decaimento é muito pequena para a emissão de pósitrons.
Conservação de energia
Um pósitron é ejetado do núcleo pai, e o átomo filho (Z − 1) deve liberar um elétron orbital para equilibrar a carga. O resultado geral é que a massa de dois elétrons é ejetada do átomo (um para o pósitron e outro para o elétron), e o decaimento β + é energeticamente possível se e somente se a massa do átomo pai exceder a massa do átomo filho por pelo menos duas massas de elétrons (1,02 MeV).
Os isótopos que aumentam de massa sob a conversão de um próton em nêutron, ou que diminuem a massa em menos de 2 m e , não podem decair espontaneamente por emissão de pósitrons.
Aplicativo
Esses isótopos são usados na tomografia por emissão de pósitrons , uma técnica usada para imagens médicas. A energia emitida depende do isótopo que está se deteriorando; o valor de 0,96 MeV aplica-se apenas ao decaimento do carbono-11.
Os isótopos emissores de pósitrons de vida curta 11 C (T 1/2 = 20,4 min.), 13 N (T 1/2 = 10 min.), 15 O (T 1/2 = 2 min.) E 18 F ( T 1/2 = 110 min.) Usados para tomografia de emissão de pósitrons são normalmente produzidos por irradiação de prótons de alvos naturais ou enriquecidos.
Referências
links externos
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Gráfico ao Vivo de Nuclídeos: estrutura nuclear e dados de decaimento (principais modos de decaimento) - IAEA
