陽電子放出

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陽電子放出(ようでんしほうしゅつ、: positron emission)、または、正のβ崩壊(せいのべーたほうかい、英: beta plus decay)とはベータ崩壊の一種。この過程において、陽子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反粒子である。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フッ素18ヨウ素121などが上げられる。例として、炭素11からホウ素11への崩壊が上げられ、下記の式のように表すことができる。

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。

中性子と陽子の中には、クォークと呼ばれる素粒子が存在する。中性子と陽子の中にあるクォークにはアップクォーク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。クォークはダウンクォークからアップクォークに変化でき、負のβ崩壊(β崩壊)はこの変化である。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。

陽電子放出によって崩壊する核は、電子捕獲によって崩壊することもあるかもしれない。低エネルギーでの崩壊に対しては、最終的な状態は陽電子を加えるよりも電子を取り除く方になるので、2mec2 = 1.022 MeV近辺では電子捕獲が優先される。崩壊のエネルギーが上昇すれば、分岐比も陽電子放出に向かうが、エネルギー差が2mec2よりも少なければ、陽電子放出は起こりえず、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としては安定している。なぜなら電子が剥げており、陽電子放出には崩壊エネルギーが小さすぎるからである。

陽子から中性子への変化の下で質量が増えるような、あるいは、減少値が2meより小さいような質量の減り方をする同位体は、自然には陽電子崩壊で崩壊しえない。