V této úvodní kapitole se pokusíme nastínit některé metodologické aspekty stavby fyziky a jejího začlenění do kontextu ostatní přírodovědy a vědeckého poznání vůbec. Tyto metodologické poznámky mohou být zajímavé např. pro studenty a zájemce nefyzikálních profesí, kteří si chtějí udělat ucelený obraz o fyzikálních aspektech zkoumání přírody.
RNDr.1 §1.
Doba života pozitronů látkách činí řádově stovky pikosekund. Rozměr "atomu" pozitronia je
dvojnásobek atomu vodíku, vazbová energie pozitronia 6,8 eV.
*) Pozitronium
Těsně před vlastní anihilací elektron pozitron mohou chviličku kolem sebe obíhat (obíhají kolem společného
těžiště) utvoří zvláštní vázaný systém (podobný atomu vodíku) zvaný positronium (Ps).4 "Radioisotopová scintigrafie").2008 12:13:25]
.
Elektronový záchyt
Posledním, tak trochu zvláštním, druhem radioaktivity beta elektronový záchyt.
Tento systém pozitronia však nestabilní, obě částice vyzařování elektromagnetických vln sobě spirále
přibližují; p-Ps cca 120ps sebe "dopadnou" dojde vlastní anihilaci dva fotony každý energii 511keV. Někdy
jich však může vzniknout více, avšak velmi malou pravděpodobností (pravděpodobnost, při e−e+-anihilaci vznikne
2+n fotonů úměrná α-n, kde α=1/137 konstanta jemné struktury). látce však pozitron vázaný o-Ps daleko dříve stačí anihilovat některým "cizím"
elektronem okolního prostředí, který opačnou orientaci spinu vznikají opět dva fotony energiích 511keV.1.6 "Ionizující záření). Zkoumaný materiál lokálně ozařuje β+- zářičem (nejčastěji 22Na), přičemž doba života pozitronů se
stanovuje základě měření zpožděných koincidencí mezi detekcí fotonu záření ozařujícího radionuklidu 22Na je
to 1274 keV) detekcí anihilačního fotonu 511 keV.2 Radioaktivita
prostoročase vesmíru ("Gravitace, černé díry fyzika prostoročasu"). Pokud pozitron interaguje elektronem vázaným
v atomovém obalu, může být zánik takového páru doprovázen vysláním pouze jediného fotonu, přičemž část energie a
příslušná hybnost mohou být předány buď atomovému jádru nebo některému ostatních elektronů; pravděpodobnost
tohoto procesu však velice malá praxi neuplatňuje. Podle vzájemné orientace spinů elektronu pozitronu
může být pozitronium buď singletním stavu 1S0 opačně orientovanými spiny tzv. Dokud velkou
rychlost, vytrhává při průletu kolem atomů svými elektrickými silami elektrony obalu ionizuje tedy
podobně jako β−.
Při anihilaci pozitronu elektronem vznikají naprosté většině případů fotony gama, jak bylo výše uvedeno. Proton, který "se chce změnit neutron" může "sáhnout" na
http://astronuklfyzika.3. Kolem
jádra obíhají atomu elektrony. orthopozitronium o-Ps (3/4 případů). Vojtěch Ullmann: Jaderná radiační fyzika.
V látce však osud diametrálně odlišný (viz obr. parapozitronium p-Ps (1/4
případů), nebo tripletním stavu 3S1 souhlasně orientovanými spiny tzv.10.6. dostatečném zabrzdění (ve vodě tkáni cca 1-4mm) však pozitron setká
elektronem *), jelikož jsou "antagonistické" antičástice, vzájemně zlikvidují ("požerou se"):
dojde jejich anihilaci přemění dvě kvanta tvrdého záření energiích 511keV,
které vyletí místa anihilace přesně protilehlých směrech (pod úhlem 180o těžišťové soustavě). V
případě o-Ps anihilace dva fotony zakázána kvantovými výběrovými pravidly (souvisí zákonem zachování
spinového momentu hybnosti každý fotonů spin 1), takže o-Ps vakuu rozpadalo poměrně dlouhou
dobou života cca 140ns emisí fotonů spojitým energetickým spektrem (celkovou energii 1022keV fotony
rozdělí stochastickým způsobem).
Tato skutečnost využívá scintigrafické metody pozitronové emisní tomografie PET, jak je
popsáno §4. stejně když radioindikátor značený β+
radionuklidem aplikujeme organismu každý pozitron vzdálenosti cca 1-3mm místa svého
vzniku anihiluje elektronem můžeme koincidenci detekovat dvě kvanta záření energii
511keV vylétající opačných směrech tom založena scintigrafie PET (viz pasáž "Kamery PET" v
kap. 1.htm (25 36) [15.cz/JadRadFyzika2. vlastně
"konkurenčním" procesem rozpadu β+. "Přebytečný" proton může svého cíle "stát neutronem"
dosáhnout nejen přeměnou vedoucí radioaktivitě β+, ale jiným způsobem. Přesná hodnota však záleží lokálních
elektronových hustotách konfiguracích, čehož využívá spektroskopické metodě PLS (Positron Lifetime
Spectroscopy). Máme-li tedy vzorek radioaktivní látky β+, dochází již nitru tohoto vzorku anihilaci
pozitronů elektrony, takže jeho okolí prakticky žádné pozitrony nezaregistrujeme, ale takový vzorek
bude zdrojem intenzívního tvrdého záření energii 511keV
