Positron

Positron (e+)
Klassifikation
Elementarteilchen Fermion Lepton
Eigenschaften
Ladung	1 e
Masse	5,485 799 110(12) · 10−4 u 9,109 381 88(72) · 10−31 kg 1 · me 0,510 998 902(21) MeV/c2
magnetisches Moment	928,476 362(37) · 10−26 J / T
g-Faktor	2,002 319 304 3718(75)
Spin	1/2
mittlere Lebensdauer	stabil (im absoluten Vakuum)

Das Positron (Kunstwort, gebildet aus positiv und Elektron) ist ein Elementarteilchen aus der Gruppe der Leptonen. Sein Symbol ist e⁺. 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. Carl David Anderson entdeckte es 1932 experimentell in der kosmischen Strahlung und gab ihm auch seinen Namen^[1]. Da sich die quantenmechanischen Eigenschaften aller Elektronen abgesehen von Ladung und Helizität gleichen, wurde das Begriffspaar "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)
• und bei der Paarbildung in energiereichen Stoßprozessen, nämlich:
  • Wechselwirkung harter Gammastrahlung mit Materie,
  • Experimente an Teilchenbeschleunigern,
  • Wechselwirkung der kosmischen Strahlung mit der Erdatmosphäre.

In normaler Umgebung „verschwinden“ Positronen innerhalb kürzester Zeit durch gegenseitige Annihilation mit Elektronen. Nur in einem sehr guten Vakuum können Positronen mittels Magnetfeldern aufbewahrt werden.

Anwendungen

Positronen werden in manchen Synchrotrons im Speicherring beschleunigt, um Synchrotronstrahlung (u. a. starke Röntgenstrahlung) zu erzeugen.^[2] Beispielsweise werden im DORIS-Speichering von DESY Positronen verwendet.^[3]

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 Isotops angekoppelt. Zu beachten ist in der Nuklearmedizin, dass das radioaktive Isotop 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 ein Atom ¹⁹F durch ein radioaktives Atom ¹⁸F (Halbwertszeit 109,77 min) ersetzt ist. Die Glucose wird von Geweben mit hohem Energiebedarf wie Tumoren oder dem Gehirn vermehrt verstoffwechselt, ist dort also höher konzentriert als in anderen Regionen. Diese Konzentration wird bildlich sichtbar gemacht.

Literatur

• Lisa Randall: Verborgene Universen: Eine Reise in den extradimensionalen Raum. 4. Auflage. Fischer, Frankfurt 2006, ISBN 3100628055.

Weblinks

 Wiktionary: Positron – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

1. ↑ C. D. Anderson: The Positive Electron. In: Physical Review. 43, Nr. 6, 1933, S. 491-494, doi:10.1103/PhysRev.43.491 (PDF).
2. ↑ Klaus Wille (1996): Physik der Teilchenbeschleuniger und Synchrotronstrahlungsquellen. Teubner Studienbücher Physik, Stuttgart. ISBN 3-519-13087-4, Seite 31
3. ↑ Hasylab: DORIS Status, abgerufen am 11. Oktober 2011.