陽電子放出

陽電子放出(英: positron emission)はベータ崩壊の一種。この過程において、陽子は弱い力を通して中性子、陽電子、ニュートリノに転換される。陽電子はベータプラス粒子として知られている電子の反物質である。このため、この放出過程は時に"ベータプラス"(β+)として言及される。

この崩壊を行い、それに伴い陽電子を放出する同位体には炭素11、カリウム40、窒素13、酸素15、弗素18、沃素121などが上げられる。例として、炭素11から硼素11の崩壊が上げられ、下記の式のように表すことができる。

$_{6}^{11}C\to _{5}^{11}B\;+\;{e^{+}}+\;\nu _{e}+0.96MeV$

中性子と陽子の中には、クォークとニュートリノと呼ばれる素粒子が存在する。これらの粒子にはアップクォークとダウンクォークがある。ひとつの陽子、中性子に対してクォークは常に3つ入っており、これの組み合わせにより中性子か陽子かという特性を得る。アップクォークは3分の2の電荷で、ダウンクォークは-3分の1の電荷である。陽子ではアップクォーク2個、ダウンクォーク1個であり電荷は2/3 + 2/3 - 1/3 = 1となっている。中性子ではアップクォーク1個、ダウンクォーク2個であり電荷は2/3 - 1/3 - 1/3 = 0となっている。クォークはアップクォークからダウンクォークに変換できる。ベータ線を発生させるのはこの変化であり、陽電子放出はアップクォークがダウンクォークに変化する際に起こる。

これらの同位体は陽電子断層法に使われ、この手法は医用画像処理に使われている。特徴的であるのは放たれるエネルギーが崩壊する同位体に依存していることである。上記のように炭素11の一個の崩壊では0.96 MeVが発生し、これは炭素11にのみ当てはまる。陽子から中性子への変化の元で体積が増減する同位体は自然には陽電子崩壊で崩壊しない。

陽電子放出によって崩壊する核はたいてい電子捕獲を経てさらに崩壊する。低エネルギーでの崩壊のため、2m_ec² = 1.022 MeVによって電子捕獲が優先され、以降では最終的な状態まで陽電子を加えるよりも電子を取り除く方向に働く。崩壊のエネルギーが上昇すれば、分岐比も陽電子放射に向かうが、エネルギー差が2m_ec²よりも少なければ、陽電子放射は起こりえず、電子捕獲が唯一の崩壊方式となる。

ベリリウム7のように一定の同位体は宇宙線の中でも安定している。なぜなら電子が剥げており、陽電子放射には崩壊エネルギーが小さすぎるからである。