Émission de positron

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CE fait référence à la capture électronique

L'émission de positron ou désintégration β+ est un type de désintégration radioactive β dans laquelle un proton est converti en neutron, avec émission d'une particule β+ (positron) et d'un neutrino[1]:

p ~\rightarrow~ n+e^++{\nu}_e

Mécanisme d'émission[modifier | modifier le code]

Les protons et neutrons ne sont pas des particules élémentaires, mais sont chacun constitués de trois quarks : un proton est constitué de deux quark up de charge +2/3 et d'un quark down de charge −1/3 (uud), ce qui lui confère une charge +1 ; un neutron est constitué de deux quarks down et un quark up (udd), d'où une charge nulle. Ces quarks sont capables de changer de nature, en particulier de up à down. C'est ce phénomène qui produit une radiation β : en l'occurrence, dans le cas d'une désintégration β+, un quark up se change en quark down, changeant un proton en neutron avec émission d'un boson W+ :

u ~\rightarrow~ d + W^+

Cette réaction est immédiatement suivie par la désintégration du boson W^+ en un positron (ou particule β+[2]) et un neutrino :

W^+ ~\rightarrow~ e^++{\nu}_e

Compétition avec la capture électronique[modifier | modifier le code]

Les noyaux se désintégrant par émission de positron peuvent également se désintégrer par capture électronique. Pour des désintégrations à faible énergie, la capture électronique est énergétiquement favorisée de 2mec2 = 1,022 MeV, car l'état final dans ce cas a un électron de moins plutôt qu'un positron de plus. Plus l'énergie de désintégration est importante, plus la réaction favorisée tend à être l'émission de proton. Cependant, si la différence d'énergie est inférieure à 2mec2, l'émission de positron est impossible et la capture électronique est le seul mode de désintégration possible. Certains isotopes (par exemple 7Be) sont stables dans les rayonnements cosmiques galactiques (en) car les électrons sont séparés et car l'énergie de désintégration est trop petite pour une émission de positron.

Isotopes émetteurs de positron[modifier | modifier le code]

On peut compter parmi les isotopes émetteurs de positron la plupart des radioisotopes plus légers que les isotopes stables, notamment le carbone 11, le potassium 40, l'azote 13, l'oxygène 15, le fluor 18 ou l'iode 121. L'exemple suivant donne l'équation de désintégration du carbone 11 en bore 11 avec émission d'un positron et d'un neutrino :

11C → 11B + e+ + νe + 0,96 MeV

Applications[modifier | modifier le code]

Les isotopes émetteurs de positrons sont utilisés en tomographie par émission de positron (« PET scan »), une technique d'imagerie médicale.

Les isotopes émetteurs de positron à courte durée de vie, 11C, 13N, 15O et 18F utilisés en tomographie sont en général produits par irradiation protonique d'une source naturelle ou enrichie[3],[4].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) The University of North Carolina at Chapel Hill, « Nuclear Chemistry » (consulté le 2012-06-14)
  2. (en) How it works:Positron emission
  3. Positron Emission Tomography Imaging at the University of British Columbia (accessed 11 May 2012)
  4. K. W. D. Ledingham et al., High power laser production of short-lived isotopes for positron emission tomography, Journal of Physics D: Applied Physics Volume 37 Number 16, 2004, 2341 doi:10.1088/0022-3727/37/16/019

Voir aussi[modifier | modifier le code]