11.4: Positronemissie

Een positron, ook wel antielektron genoemd, is een exotisch stukje materie, of juister gezegd, een voorbeeld van antimaterie. Een positron is het antimaterie-equivalent van een elektron. Het heeft de massa van een elektron, maar het heeft een lading van +1. Positronen worden gevormd wanneer een proton zijn positieve lading afgeeft en een neutron wordt, zoals hieronder te zien is:

Ook in de atoomvergelijking voor positronemissie is de som van de protonen (atoomnummers) aan de rechterkant gelijk aan het aantal protonen aan de linkerkant en zijn de massa’s allemaal gelijk aan één. Wanneer een element een positron uitzendt, verandert de identiteit van het element in het element met één proton minder in het periodiek systeem. Een voorbeeld van een atoomvergelijking die positronemissie laat zien, staat hieronder:

Boron heeft één proton minder in zijn kern dan koolstof, maar de massa is onveranderd omdat het proton is vervangen door een neutron.

Positronemissie van Fluor-18, zoals hierboven getoond, is een belangrijk medisch diagnostisch hulpmiddel geworden; Positron Emissie Tomografie (een PET-scan). De kern van deze techniek is gebaseerd op het feit dat positronen een onmiddellijke annihilatie ondergaan wanneer zij met een elektron in botsing komen (een voorbeeld van annihilatie tussen materie en antimaterie). Hierbij worden twee hoogenergetische gammastralen geproduceerd die de plaats van de annihilatie in precies tegenovergestelde richting verlaten. Tijdens een PET-scan krijgt de patiënt een injectie met fluordeoxyglucose (FDG), een suikeranalogon. Het glucose-analoog wordt geabsorbeerd door metabolisch actieve cellen, waar het FDG zich ophoopt en positronenverval ondergaat. Na een korte wachttijd wordt de patiënt gescand met behulp van een cirkelvormig array van gammastralingsdetectoren. Doordat de gammastralen in tegengestelde richtingen worden uitgezonden, kan de aangesloten computer een “lijn” door de patiënt trekken, waarbij de lijn door het punt van annihilatie gaat. Omdat dit in vele richtingen gebeurt, kan de exacte plaats van de emissie nauwkeurig worden berekend en vervolgens worden afgebeeld als een driedimensionaal beeld dat de intensiteit van de emissie laat zien.