La emisión de positrones , desintegración beta plus o desintegración β + es un subtipo de desintegración radiactiva llamada desintegración beta , en la que un protón dentro de un núcleo de radionúclido se convierte en un neutrón mientras se libera un positrón y un neutrino electrónico ( ν e ). [1] La emisión de positrones está mediada por la fuerza débil . El positrón es un tipo de partícula beta (β + ), siendo la otra partícula beta el electrón (β − ) emitido por la desintegración β − de un núcleo.
Un ejemplo de emisión de positrones (desintegración β + ) se muestra con el magnesio-23 descomponiéndose en sodio-23 :
Debido a que la emisión de positrones disminuye el número de protones en relación con el número de neutrones, la desintegración de positrones ocurre típicamente en grandes radionucleidos "ricos en protones". La desintegración de positrones da como resultado la transmutación nuclear , cambiando un átomo de un elemento químico en un átomo de un elemento con un número atómico menor en una unidad.
La emisión de positrones ocurre muy raramente de forma natural en la Tierra, cuando es inducida por un rayo cósmico o por una de cada cien mil desintegraciones del potasio-40 , un isótopo raro, el 0,012% de ese elemento en la Tierra.
La emisión de positrones no debe confundirse con la emisión de electrones o la desintegración beta menos (desintegración β ) , que ocurre cuando un neutrón se convierte en un protón y el núcleo emite un electrón y un antineutrino.
La emisión de positrones es diferente de la desintegración de protones , la hipotética desintegración de protones, no necesariamente aquellos unidos a neutrones, no necesariamente mediante la emisión de un positrón, y no como parte de la física nuclear, sino más bien de la física de partículas .
En 1934, Frédéric e Irène Joliot-Curie bombardearon aluminio con partículas alfa (emitidas por el polonio ) para provocar la reacción nuclear.4
2Él
+ 27
13Alabama
→30
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+ 1
0norte
, y observó que el isótopo del producto30
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emite un positrón idéntico a los encontrados en los rayos cósmicos por Carl David Anderson en 1932. [2] Este fue el primer ejemplo de
b+
desintegración (emisión de positrones). Los Curie denominaron el fenómeno "radiactividad artificial", porque30
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Es un nucleido de vida corta que no existe en la naturaleza. El descubrimiento de la radiactividad artificial se citaría cuando el equipo formado por marido y mujer ganara el Premio Nobel.
Los isótopos que sufren esta desintegración y, por lo tanto, emiten positrones incluyen, entre otros: carbono-11 , nitrógeno-13 , oxígeno-15 , flúor-18 , cobre-64 , galio-68, bromo-78, rubidio-82 , itrio. -86, circonio-89, [3] sodio-22 , aluminio-26 , potasio-40 , estroncio-83 y yodo-124 . [3] [4] Como ejemplo, la siguiente ecuación describe la desintegración beta plus del carbono-11 a boro -11, emitiendo un positrón y un neutrino :
Dentro de los protones y neutrones, existen partículas fundamentales llamadas quarks . Los dos tipos más comunes de quarks son los quarks arriba , que tienen una carga de + 2 ⁄ 3 , y los quarks abajo , con una carga de – 1 ⁄ 3 . Los quarks se organizan en conjuntos de tres de modo que forman protones y neutrones . En un protón, cuya carga es +1, hay dos quarks arriba y uno abajo ( 2 ⁄ 3 + 2 ⁄ 3 − 1 ⁄ 3 = 1). Los neutrones, sin carga, tienen un quark arriba y dos quarks abajo ( 2 ⁄ 3 − 1 ⁄ 3 − 1 ⁄ 3 = 0). A través de la interacción débil , los quarks pueden cambiar de sabor de abajo a arriba , lo que resulta en una emisión de electrones . La emisión de positrones ocurre cuando un quark ascendente se transforma en un quark descendente , convirtiendo efectivamente un protón en un neutrón. [5]
Los núcleos que se desintegran por emisión de positrones también pueden desintegrarse por captura de electrones . Para desintegraciones de baja energía, la captura de electrones se ve favorecida energéticamente por 2 m e c 2 =1,022 MeV , ya que al estado final se le elimina un electrón en lugar de agregar un positrón. A medida que aumenta la energía de desintegración, también aumenta la fracción de ramificación de la emisión de positrones. Sin embargo, si la diferencia de energía es inferior a 2 m e c 2 , entonces no puede producirse la emisión de positrones y la captura de electrones es el único modo de desintegración. Ciertos isótopos que de otra manera capturarían electrones (por ejemplo,7Ser) son estables en los rayos cósmicos galácticos , porque los electrones son despojados y la energía de desintegración es demasiado pequeña para la emisión de positrones.
Un positrón es expulsado del núcleo padre, pero el átomo hijo (Z-1) todavía tiene Z electrones atómicos del padre, es decir, el hijo es un ion negativo (al menos inmediatamente después de la emisión de positrones). Dado que las tablas de masas son para masas atómicas , y, dado que la masa del positrón es idéntica a la del electrón, el resultado general es que se requiere la masa-energía de dos electrones, y la desintegración β + es energéticamente posible si y sólo si la masa del átomo padre excede la masa del átomo hijo en al menos dos masas de electrones (2 m e c 2 = 1,022 MeV). [6]
Los isótopos que aumentan de masa durante la conversión de un protón en neutrón, o que disminuyen de masa en menos de 2 m e , no pueden desintegrarse espontáneamente por emisión de positrones. [6]
Estos isótopos se utilizan en la tomografía por emisión de positrones , una técnica utilizada para la obtención de imágenes médicas. La energía emitida depende del isótopo que se está desintegrando; la figura de0,96 MeV se aplica sólo a la desintegración del carbono-11 .
Los isótopos emisores de positrones de vida corta 11 C (T 1 ⁄ 2 =20,4 min ), 13 N (T 1 ⁄ 2 =10 min ), 15 O (T 1 ⁄ 2 =2 min ), y 18 F (T 1 ⁄ 2 =110 min ) utilizados para la tomografía por emisión de positrones normalmente se producen mediante irradiación de protones de objetivos naturales o enriquecidos. [7] [8]
