Positron: Unterschied zwischen den Versionen
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Das '''Positron''' ([[ | Das '''Positron''' ([[Kontamination (Sprachwissenschaft)|Kofferwort]] aus '''posi'''tive Ladung und Elek'''tron'''), Formelzeichen <math>\mathrm{e}^+\!\,</math>, ist ein [[Elementarteilchen]] aus der Gruppe der [[Lepton]]en. Es ist das [[Antiteilchen]] des [[Elektron]]s, mit dem es bis auf das [[Vorzeichen (Zahl)|Vorzeichen]] der [[elektrische Ladung|elektrischen Ladung]] und des [[magnetisches Moment|magnetischen Moments]] in allen Eigenschaften übereinstimmt. | ||
Treffen ein Positron und ein Elektron aufeinander, kann eine Paarvernichtung ([[Annihilation]]) eintreten. In einem idealen [[Vakuum]], in dem es keine Elektronen gibt, sind Positronen hingegen stabil. | Treffen ein Positron und ein Elektron aufeinander, kann eine Paarvernichtung ([[Annihilation]]) eintreten. In einem idealen [[Vakuum]], in dem es keine Elektronen gibt, sind Positronen hingegen stabil. | ||
Das Positron war das erste bekannte Antiteilchen. Seine Existenz wurde 1928 von [[Paul A. M. Dirac]] vorhergesagt.<ref>{{Literatur|Autor=P. A. M. Dirac|Titel=The Quantum Theory of the Electron|Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character|Band=A|Nummer=778|Jahr=1928|Seiten=610-624|DOI=10.1098/rspa.1928.0023|Online=[http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/117/778/610 Online]}}</ref> [[Carl David Anderson]] entdeckte es am 2. August 1932 experimentell in der [[Kosmische Strahlung|kosmischen Strahlung]] und gab ihm auch seinen Namen.<ref>{{Literatur|Autor=C. D. Anderson|Titel=The Positive Electron|Sammelwerk=Physical Review|Band=43|Nummer=6|Jahr=1933|Seiten=491-494|DOI=10.1103/PhysRev.43.491|Online=[http://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.43.491 Online]}}</ref> Da sich die quantenmechanischen Eigenschaften aller Elektronen abgesehen von Ladung und [[Helizität]] gleichen, wurde das | Das Positron war das erste bekannte Antiteilchen. Seine Existenz wurde 1928 von [[Paul A. M. Dirac]] vorhergesagt.<ref>{{Literatur|Autor=P. A. M. Dirac|Titel=The Quantum Theory of the Electron|Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character|Band=A|Nummer=778|Jahr=1928|Seiten=610-624|DOI=10.1098/rspa.1928.0023|Online=[http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/117/778/610 Online]}}</ref> [[Carl David Anderson]] entdeckte es am 2. August 1932 experimentell in der [[Kosmische Strahlung|kosmischen Strahlung]] und gab ihm auch seinen Namen.<ref>{{Literatur|Autor=C. D. Anderson|Titel=The Positive Electron|Sammelwerk=Physical Review|Band=43|Nummer=6|Jahr=1933|Seiten=491-494|DOI=10.1103/PhysRev.43.491|Online=[http://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.43.491 Online]}}</ref> Da sich die quantenmechanischen Eigenschaften aller Elektronen, abgesehen von Ladung und [[Helizität]], gleichen, wurde das Wortpaar ''Positron''–''Negatron'' für die beiden Varianten des Elektrons vorgeschlagen. Die Bezeichnung Negatron hat sich allerdings nicht durchgesetzt und wird in der Literatur heute nur noch gelegentlich benutzt. | ||
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In normaler Umgebung „verschwinden“ Positronen innerhalb kürzester Zeit durch gegenseitige Annihilation mit Elektronen, in der Regel | In normaler Umgebung „verschwinden“ Positronen innerhalb kürzester Zeit durch gegenseitige Annihilation mit Elektronen, in der Regel unter Emission zweier [[Gammaquant]]en. Der Annihilation kann die Bildung eines [[Positronium]]atoms vorausgehen. Nur in einem sehr guten [[Vakuum]] können Positronen mittels Magnetfeldern aufbewahrt werden. | ||
== Anwendungen == | == Anwendungen == | ||
Anwendungen von Positronen außerhalb der grundlagenphysikalischen Forschung beruhen auf der speziellen, leicht zu identifizierenden Strahlung der Paarvernichtung. Insbesondere die [[Positronen-Emissions-Tomographie]] (PET) ist in der modernen [[Medizintechnik]] ein wichtiges [[Bildgebendes Verfahren (Medizin)|bildgebendes Verfahren]]. Hierbei wird dem Patienten ein Positronen emittierendes [[Radiopharmakon]] verabreicht, und zwar ein Stoff, der im Stoffwechsel des Menschen vorkommt (bspw. [[Glucose]]). An das Molekül dieses Stoffes ist ein β<sup>+</sup>-radioaktives Atom entweder zusätzlich oder an Stelle eines nicht radioaktiven Atoms angekoppelt. Zu beachten ist in der [[Nuklearmedizin]], dass das [[Radionuklid|radioaktive Nuklid]] einerseits langlebig genug ist, damit es in ein Biomolekül eingebaut und vom Herstellungslabor (meist einer [[Zyklotron]]-Anlage) zum Patienten gebracht werden kann, andererseits jedoch kurzlebig genug, um während der Messung Bildgebung zu ermöglichen, danach aber den Patienten nicht mehr unnötig mit Strahlung zu belasten. Der hauptsächlich benutzte [[Tracer_(Nuklearmedizin)|Tracer]] bei der PET ist [[Fluordesoxyglucose|FDG-18]], bei dem | Anwendungen von Positronen außerhalb der grundlagenphysikalischen Forschung beruhen auf der speziellen, leicht zu identifizierenden Strahlung der Paarvernichtung. Insbesondere die [[Positronen-Emissions-Tomographie]] (PET) ist in der modernen [[Medizintechnik]] ein wichtiges [[Bildgebendes Verfahren (Medizin)|bildgebendes Verfahren]]. Hierbei wird dem Patienten ein Positronen emittierendes [[Radiopharmakon]] verabreicht, und zwar ein Stoff, der im Stoffwechsel des Menschen vorkommt (bspw. [[Glucose]]). An das Molekül dieses Stoffes ist ein β<sup>+</sup>-radioaktives Atom entweder zusätzlich oder an Stelle eines nicht radioaktiven Atoms angekoppelt. Die Glucose wird von Geweben mit hohem Energiebedarf wie Tumoren oder dem Gehirn vermehrt verstoffwechselt, ist dort also höher konzentriert als in anderen Regionen. Die bei der Positron-Elektron-Annihilation paarweise entstehenden Gammaquanten werden mit Detektoren außerhalb des Körpers nachgewiesen. Da die Quanten eines Paares stets in entgegengesetzten Richtungen davonfliegen, lässt sich eine Anhäufung der strahlenden Glucosemoleküle gut lokalisieren, und ihre Konzentration kann bildlich sichtbar gemacht werden. | ||
Zu beachten ist in der [[Nuklearmedizin]], dass das [[Radionuklid|radioaktive Nuklid]] einerseits langlebig genug ist, damit es in ein Biomolekül eingebaut und vom Herstellungslabor (meist einer [[Zyklotron]]-Anlage) zum Patienten gebracht werden kann, andererseits jedoch kurzlebig genug, um während der Messung Bildgebung zu ermöglichen, danach aber den Patienten nicht mehr unnötig mit Strahlung zu belasten. Der hauptsächlich benutzte [[Tracer_(Nuklearmedizin)|Tracer]] bei der PET ist [[Fluordesoxyglucose|FDG-18]], bei dem eine OH-Gruppe durch ein radioaktives Atom <sup>18</sup>F (Halbwertszeit 109,77 min) ersetzt ist. | |||
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Aktuelle Version vom 29. Juni 2021, 22:40 Uhr
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Positron (e+) | |
|---|---|
| Klassifikation | |
| Elementarteilchen Fermion Lepton | |
| Eigenschaften | |
| Ladung | 1 e (1,602 176 634 · 10−19 C[1]) |
| Masse | 5,485 799 090 65(16) · 10−4 [2] u 9,109 383 7015(28) · 10−31 [3] kg 1 · me |
| Compton-Wellenlänge | 2,426 310 238 67(73)· 10−12 [4] m |
| magnetisches Moment | 9,284 764 7043(28) · 10−24 [5] J / T |
| g-Faktor | −2,002 319 304 362 56(35) [6] |
| gyromagnetisches Verhältnis | 1,760 859 630 23(53) · 1011[7] 1/(sT) |
| Spin | 1/2 |
| mittlere Lebensdauer | stabil |
| Wechselwirkungen | schwach elektromagnetisch Gravitation |
Das Positron (Kofferwort aus positive Ladung und Elektron), Formelzeichen $ \mathrm {e} ^{+}\!\, $, ist ein Elementarteilchen aus der Gruppe der Leptonen. Es ist das Antiteilchen des Elektrons, mit dem es bis auf das Vorzeichen der elektrischen Ladung und des magnetischen Moments in allen Eigenschaften übereinstimmt.
Treffen ein Positron und ein Elektron aufeinander, kann eine Paarvernichtung (Annihilation) eintreten. In einem idealen Vakuum, in dem es keine Elektronen gibt, sind Positronen hingegen stabil.
Das Positron war das erste bekannte Antiteilchen. Seine Existenz wurde 1928 von Paul A. M. Dirac vorhergesagt.[8] Carl David Anderson entdeckte es am 2. August 1932 experimentell in der kosmischen Strahlung und gab ihm auch seinen Namen.[9] Da sich die quantenmechanischen Eigenschaften aller Elektronen, abgesehen von Ladung und Helizität, gleichen, wurde das Wortpaar Positron–Negatron für die beiden Varianten des Elektrons vorgeschlagen. Die Bezeichnung Negatron hat sich allerdings nicht durchgesetzt und wird in der Literatur heute nur noch gelegentlich benutzt.
Entstehung
Positronen entstehen
- beim β+-Zerfall (einer der beiden Arten des Betazerfalls),
- beim Zerfall positiver Myonen (z. B. aus der Kosmischen Strahlung)
- bei der Proton-Proton-Reaktion
- und bei der Paarbildung in energiereichen Stoßprozessen, nämlich:
- Wechselwirkung harter Gammastrahlung mit Materie,
- Experimente an Teilchenbeschleunigern,
- Wechselwirkung der kosmischen Strahlung mit der Erdatmosphäre,
- Terrestrischen Gammablitzen.
In normaler Umgebung „verschwinden“ Positronen innerhalb kürzester Zeit durch gegenseitige Annihilation mit Elektronen, in der Regel unter Emission zweier Gammaquanten. Der Annihilation kann die Bildung eines Positroniumatoms vorausgehen. Nur in einem sehr guten Vakuum können Positronen mittels Magnetfeldern aufbewahrt werden.
Anwendungen
Anwendungen von Positronen außerhalb der grundlagenphysikalischen Forschung beruhen auf der speziellen, leicht zu identifizierenden Strahlung der Paarvernichtung. Insbesondere die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist in der modernen Medizintechnik ein wichtiges bildgebendes Verfahren. Hierbei wird dem Patienten ein Positronen emittierendes Radiopharmakon verabreicht, und zwar ein Stoff, der im Stoffwechsel des Menschen vorkommt (bspw. Glucose). An das Molekül dieses Stoffes ist ein β+-radioaktives Atom entweder zusätzlich oder an Stelle eines nicht radioaktiven Atoms angekoppelt. Die Glucose wird von Geweben mit hohem Energiebedarf wie Tumoren oder dem Gehirn vermehrt verstoffwechselt, ist dort also höher konzentriert als in anderen Regionen. Die bei der Positron-Elektron-Annihilation paarweise entstehenden Gammaquanten werden mit Detektoren außerhalb des Körpers nachgewiesen. Da die Quanten eines Paares stets in entgegengesetzten Richtungen davonfliegen, lässt sich eine Anhäufung der strahlenden Glucosemoleküle gut lokalisieren, und ihre Konzentration kann bildlich sichtbar gemacht werden.
Zu beachten ist in der Nuklearmedizin, dass das radioaktive Nuklid einerseits langlebig genug ist, damit es in ein Biomolekül eingebaut und vom Herstellungslabor (meist einer Zyklotron-Anlage) zum Patienten gebracht werden kann, andererseits jedoch kurzlebig genug, um während der Messung Bildgebung zu ermöglichen, danach aber den Patienten nicht mehr unnötig mit Strahlung zu belasten. Der hauptsächlich benutzte Tracer bei der PET ist FDG-18, bei dem eine OH-Gruppe durch ein radioaktives Atom 18F (Halbwertszeit 109,77 min) ersetzt ist.
Literatur
- Lisa Randall: Verborgene Universen: Eine Reise in den extradimensionalen Raum. 4. Auflage. Fischer, Frankfurt 2006, ISBN 3-10-062805-5.
Weblinks
Wiktionary: Positron – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Einzelnachweise
- ↑ CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 31. Juli 2019. Elementarladung in C (exakt).
- ↑ CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 31. Juli 2019. Elektronenmasse in u. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
- ↑ CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 31. Juli 2019. Elektronenmasse in kg. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
- ↑ CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 31. Juli 2019. Compton-Wellenlänge. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
- ↑ CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 31. Juli 2019. Magnetisches Moment. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
- ↑ CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 31. Juli 2019. g-Faktor. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
- ↑ CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 31. Juli 2019. Gyromagnetisches Verhältnis. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
- ↑ P. A. M. Dirac: The Quantum Theory of the Electron. In: Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. A, Nr. 778, 1928, S. 610–624, doi:10.1098/rspa.1928.0023 (Online).
- ↑ C. D. Anderson: The Positive Electron. In: Physical Review. Band 43, Nr. 6, 1933, S. 491–494, doi:10.1103/PhysRev.43.491 (Online).
Normdaten (Sachbegriff): GND: 4175441-4