Was ist Positronenemission?

Positronenemission ist ein Nebenprodukt eines radioaktiven Zerfalls, der als Beta-Plus-Zerfall bekannt ist. Beim Beta-Plus-Zerfall löst ein instabiles Gleichgewicht von Neutronen und Protonen im Atomkern die Umwandlung eines überschüssigen Protons in ein Neutron aus. Während des Umwandlungsprozesses werden mehrere zusätzliche Teilchen, darunter ein Positron, emittiert. Das Positron ist eine spezielle Art von Teilchen, die als Beta-Teilchen bekannt ist, weil es ein Nebenprodukt des Beta-Zerfalls ist.

Dieser Prozess des Beta-Plus-Zerfalls tritt zufällig die ganze Zeit in Elementen auf, die das Potenzial haben, diese Art von radioaktivem Zerfall zu erfahren, und die Energie, um ein Proton in ein schwereres Neutron umzuwandeln. Zusätzlich zur Erzeugung eines Neutrons führt Beta-plus-Zerfall zur Erzeugung eines Neutrinos und eines Positrons. Das Positron ist das Antimaterie-Gegenstück zum Elektron, das heißt, wenn Positronen und Elektronen kollidieren, vernichten sie und erzeugen Gammastrahlen. Diese Eigenschaft ist wichtig für Forscher, die Positronenemission für ihre Arbeit nutzen.

Durch radioaktiven Zerfall verändern sich die Eigenschaften eines Atoms, weil sich das Gleichgewicht von Protonen und Neutronen im Kern verschiebt. Dieser Prozess erklärt, warum ein Element in mehreren Formen existieren kann, die als Isotope bekannt sind, wobei jedes Isotop ein anderes Gleichgewicht von Protonen und Neutronen aufweist. Viele Isotope sind instabil, zerfallen schnell und emittieren dabei radioaktive Partikel. Dieser Prozess erklärt auch die ungleichmäßige Verteilung der Elemente auf der Erde, da instabile Elemente im Laufe der Zeit in stabilere Formen zerfallen, was zu einer höheren Konzentration an stabilen Elementen führt.

Die medizinische Gemeinschaft verwendet Positronenemission für eine Art medizinischer Bildgebungsstudie, die als Positronen-Emissions-Tomographie (PET) bekannt ist. In dieser Studie werden Isotope, von denen bekannt ist, dass sie Positronenemissionen erzeugen, in den Körper eingeführt und verfolgt, während sie sich durch den Körper bewegen und Gammastrahlen produzieren. Isotope mit kurzen Halbwertszeiten, die den Körper nicht schädigen, werden so ausgewählt, dass die PET-Untersuchung nicht gefährlich ist, und die bildgebende Untersuchung kann mit anderen bildgebenden Verfahren wie der Magnetresonanztomographie kombiniert werden, um ein vollständiges Bild davon zu erhalten im Körper eines Patienten.

PET-Scans ermöglichen es Ärzten, Körperfunktionen abzubilden, vielleicht am bemerkenswertesten im Gehirn. Der Scan ist nicht invasiv, bietet eine attraktive Alternative zur Operation, um das Innere des Körpers zu sehen, und kann viele nützliche Informationen liefern. Solche Scans werden in der medizinischen Diagnostik und in der medizinischen Forschung verwendet, wobei Positronen-Emissions-Tomographie-Scans des Gehirns besonders bei Forschern auf dem Gebiet der Neurologie beliebt sind, die sich für die Funktionen des Gehirns interessieren.