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陽電子放出

索引 陽電子放出

陽電子放出(ようでんしほうしゅつ、positron emission)、または、正のβ崩壊(せいのべーたほうかい、beta plus decay)とはベータ崩壊の一種。この過程において、陽子は弱い力を通して中性子、陽電子、ニュートリノに転換される。陽電子はベータプラス粒子として知られている電子の反粒子である。このため、この放出過程は時に"ベータプラス"(β+)として言及される。 この崩壊を行い、それに伴い陽電子を放出する同位体には炭素11、カリウム40、窒素13、酸素15、フッ素18、ヨウ素121などが上げられる。例として、炭素11からホウ素11への崩壊が上げられ、下記の式のように表すことができる。 これらの同位体は陽電子断層法に使われ、この手法は医用画像処理に使われている。特徴的であるのは放たれるエネルギーが崩壊する同位体に依存していることである。上記のように炭素11の一個の崩壊では0.96 MeVが発生し、これは炭素11にのみ当てはまる。 中性子と陽子の中には、クォークと呼ばれる素粒子が存在する。中性子と陽子の中にあるクォークにはアップクォークとダウンクォークがある。ひとつの陽子、中性子に対してクォークは常に3つ入っており、これの組み合わせにより中性子か陽子かという特性を得る。アップクォークは3分の2の電荷で、ダウンクォークは-3分の1の電荷である。陽子ではアップクォーク2個、ダウンクォーク1個であり電荷は2/3 + 2/3 - 1/3.

27 関係: 反粒子同位体宇宙線中性子弱い相互作用医用画像処理ポジトロン断層法ヨウ素の同位体フッ素18ニュートリノホウ素の同位体ダウンクォークベリリウムの同位体ベータ崩壊ベータ粒子アップクォークカリウムの同位体クォーク窒素の同位体素粒子炭素の同位体酸素の同位体電子電子ボルト電子捕獲陽子陽電子

反粒子

反粒子(はんりゅうし)とは、ある素粒子(または複合粒子)と比較して、質量とスピンが等しく、電荷など正負の属性が逆の粒子を言う。特に陽電子や反陽子などの反レプトンや反バリオンをさす場合もある。 反粒子が通常の粒子と衝突すると対消滅を起こし、すべての質量がエネルギーに変換される。逆に、粒子反粒子対の質量よりも大きなエネルギーを何らかの方法(粒子同士の衝突や光子などの相互作用)によって与えると、ある確率で粒子反粒子対を生成することができ、これを対生成と呼ぶ。.

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同位体

同位体(どういたい、isotope;アイソトープ)とは、同一原子番号を持つものの中性子数(質量数 A - 原子番号 Z)が異なる核種の関係をいう。この場合、同位元素とも呼ばれる。歴史的な事情により核種の概念そのものとして用いられる場合も多い。 同位体は、放射能を持つ放射性同位体 (radioisotope) とそうではない安定同位体 (stable isotope) の2種類に分類される。.

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宇宙線

宇宙線(うちゅうせん、Cosmic ray)は、宇宙空間を飛び交う高エネルギーの放射線のことである名越 2011 p.3。主な成分は陽子であり、アルファ粒子、リチウム、ベリリウム、ホウ素、鉄などの原子核が含まれている。地球にも常時飛来している。.

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中性子

中性子(ちゅうせいし、neutron)とは、原子核を構成する粒子のうち、無電荷の粒子の事で、バリオンの1種である。原子核反応式などにおいては記号 n で表される。質量数は原子質量単位で約 、平均寿命は約15分でβ崩壊を起こし陽子となる。原子核は、陽子と中性子と言う2種類の粒子によって構成されている為、この2つを総称して核子と呼ぶ陽子1個で出来ている 1H と陽子3個で出来ている 3Li の2つを例外として、2015年現在の時点で発見報告のある原子の内、最も重い 294Og までの全ての"既知の"原子核は陽子と中性子の2種類の核子から構成されている。。.

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弱い相互作用

弱い相互作用(よわい そうごさよう、)とは、素粒子の間で作用する4つの基本相互作用の内の一つである。弱い核力、あるいは単に弱い力とも呼ばれる。この相互作用による効果として代表的なものにベータ崩壊がある。電磁相互作用と比較して、力が非常に弱いことからこの名がついた。.

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医用画像処理

医用画像処理はMedical image processingを意味し、Medical imagingと同意ではない。 以降、医用画像処理を医用イメージングに替えて記述する。 医用イメージング(いよういめーじんぐ、Medical imaging)は、臨床(病気の診断および検査)や医学(解剖学的研究)のために人体(およびその部分)の画像を生成する技法およびプロセスを指す。人間に限らない「生体画像処理」の一部であり、放射線医学、内視鏡検査、サーモグラフィー、医用写真撮影、顕微鏡検査などとも密接に関連する。本来、画像を生成するよう設計されていなかった測定手法や記録手法(脳波や脳磁図)も一種の地図のように表せるデータを生成することから、医用イメージングの一形態と見ることもできる。 画像診断学(放射線診断学)において扱う医用画像には、単純X線画像、CT、MRI、超音波断層画像(US)、血管造影(血管撮影)などがある。画像を(時には撮影も行い)医学的に解釈する医師を放射線診断医あるいは画像診断医と呼び、医師の専門分野のひとつである。診療放射線技師は診断用医用画像の撮影を行う。 撮影された画像に対し必要に応じた画像処理を施すことは、医用イメージングの一分野であり、医療施設内では特にラジオロジストあるいは診療放射線技師がその行為を行うことが多い。 科学的研究としては、その観点に応じて医用生体工学、医用物理学、医学などの一分野に位置づけられる。撮影機器や画像生成機器の研究開発は医用生体工学、医用物理学、情報工学の領域である。そういった機器の利用や画像の解釈は、放射線診断学や撮影部位に対応した医学の下位分野(脳科学、循環器学、精神医学、心理学など)の領域である。医用イメージングのために開発された様々な技術は、他の科学や産業にも応用されている。 医用イメージングは、人体内部を可視化した画像を生成する技法であると見なされることが多い。例えば、超音波検査の場合、超音波を発することで組織内のエコーから内部構造を知ることができる。X線の場合、骨や脂肪などでX線の吸収率が異なることを利用して画像を得る。.

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ポジトロン断層法

PET ポジトロン断層法(ポジトロンだんそうほう、positron emission tomography:PET)とは陽電子検出を利用したコンピューター断層撮影技術である。CTやMRIが主に組織の形態を観察するための検査法であるのに対し、PETはSPECTなど他の核医学検査と同様に、生体の機能を観察することに特化した検査法である。主に中枢神経系の代謝レベルを観察するのに用いられてきたが、近年、腫瘍組織における糖代謝レベルの上昇を検出することにより癌の診断に利用されるようになった。患者への被曝量はCTに比べて少ないが、医療スタッフの被曝量に注意が必要である。ただし、下述するようにPET/CT装置を用いた検査の場合の被曝量はCTに比べても大きくなる場合がある。 CTとPETを比較すると、CTでは外部からX線を照射して全体像を観察しているのに対して、PETなどの核医学検査では生体内部の放射性トレーサーを観察しているという違いがある。ここで、CT像は解剖学的な情報にすぐれているので形態画像と呼ばれ、PET像は生理学的な情報に勝れているので機能画像(functional image)と呼ばれる。なお、両者の利点を総合的に利用するために、PETとCTを一体化した装置・PET/CTも開発されており、診断には両画像をソフトウェア的に重ね合わせた融合画像が主流となりつつある。.

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ヨウ素の同位体

本稿では、ヨウ素の同位体について解説する。.

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フッ素18

18O) --> フッ素18  (18F) はフッ素の同位体で、陽電子放出により崩壊することから陽電子源として重要視されている。質量数18.0009380(6) uで半減期は109.771(20) 分である。崩壊経路は陽電子放出が97%、電子捕獲が3%で、いずれの場合も安定同位体である酸素18となる。 フッ素18は放射性医薬工業において重要な同位体であり、主な用途はポジトロン断層法に用いるフルオロデオキシグルコース (FDG) の合成である。 これはグルコースの2-ヒドロキシル基をフッ素18で置き換えたもので、撮影時にトレーサーとして利用される。フッ素18は半減期が適度に短く、崩壊により陽電子を放出するため有用性が高い。放射線医薬工業では サイクロトロンまたは線形加速器を用いて18 MeV程度まで加速した陽子を、水-18O (重酸素水 H218O)に照射することで生成している。 フッ素18は、放射性トレーサー分子中のヒドロキシル基を置換する形で用いられることが多い。これは静電気学的性質や立体構造が置換前後でほとんど変わらないためである。しかし、分子の極性が変わってしまうため、分野によっては問題となる場合もある。.

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ニュートリノ

ニュートリノ()は、素粒子のうちの中性レプトンの名称。中性微子とも書く。電子ニュートリノ・ミューニュートリノ・タウニュートリノの3種類もしくはそれぞれの反粒子をあわせた6種類あると考えられている。ヴォルフガング・パウリが中性子のβ崩壊でエネルギー保存則と角運動量保存則が成り立つように、その存在仮説を提唱した。「ニュートリノ」の名はβ崩壊の研究を進めたエンリコ・フェルミが名づけた。フレデリック・ライネスらの実験により、その存在が証明された。.

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ホウ素の同位体

ホウ素の同位体は、天然にはホウ素10とホウ素11の2種類が存在し、ホウ素11が天然のホウ素の約80%を占める。質量数6から21の14種類の放射性同位体が発見されており、全て半減期は短く、最も長いホウ素8の半減期は770ミリ秒、ホウ素12の半減期は20.2ミリ秒である。そのほかの同位体の半減期は、全て17.35ミリ秒よりも短く、最も不安定なホウ素7の半減期は150ヨクト秒である。質量数10以下の同位体はヘリウム(ホウ素7とホウ素8は、半減期の短いベリリウムを経由して)に崩壊するが、質量数11以上のものは主に炭素になる。 標準原子量は、10.811(7) uである。.

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ダウンクォーク

ダウンクォーク (down quark, 記号:d) は、物質を構成する主要な素粒子の一つで、第一世代のクォークである。.

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ベリリウムの同位体

ベリリウムの同位体(ベリリウムのどういたい)は、幾つかの核種が確認されている。本稿では、それらについて解説する。.

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ベータ崩壊

ベータ崩壊(ベータほうかい、beta decay)とは、放射線としてベータ線(電子)を放出する放射性崩壊の一種である。 後にベータ線のみを放出するとするとベータ線のエネルギーレベルの連続性を説明できないことから、電子(ベータ線)と同時にニュートリノと呼ばれる粒子も放出する弱い相互作用の理論として整理された。.

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ベータ粒子

ベータ粒子(ベータりゅうし、β粒子、beta particle)は、放射線の一種で、その実体は電子または陽電子である。ベータ粒子の流れを、ベータ線と呼ぶ。普通「ベータ線」という場合は、負電荷を持った電子の流れを指す。.

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アップクォーク

アップクォーク (up quark, 記号:u) は、物質を構成する主要な素粒子の一つで、第一世代のクォークである。.

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カリウムの同位体

リウムの同位体(カリウムのどういたい)は、24種類が知られている。そのうち、39K (93.3%)・ 40K (0.012%)・41K (6.7%)の3種類が天然に生成し普遍的に存在する。標準原子量は39.0983(1) uである。39K・41Kの2つは安定同位体であるが、40Kは1.250×109年と比較的長い半減期を持つ放射性同位体である。40Kは、そのほとんどが電子捕獲のみによって安定な40Ar(11.2%)に崩壊するか、もしくは安定な40Ca(88.8%)にベータ崩壊する。 40Kから40Arへの崩壊は、岩石の年代測定に利用できる。王道を征くカリウム-アルゴン法による年代測定は、岩石は形成時にアルゴンを全く含んでおらず、岩石中で生成した40Arは全て岩石中に留まっているという仮定に基づいている。この測定法に適した鉱物には、黒雲母、白雲母、普通角閃石、長石等がある。 年代測定以外にも、カリウムの同位体は、気象学や生物地球化学循環の研究のトレーサーとしても用いられる。 健康な動物や人間では、40Kは炭素14(14C)以上の最大の放射線源である。体重70kgの人間では、1秒間に約4400個の40K原子核が崩壊している。.

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クォーク

ーク(quark)とは、素粒子のグループの一つである。レプトンとともに物質の基本的な構成要素であり、クォークはハドロンを構成する。クオークと表記することもある。 クォークという名称は、1963年にモデルの提唱者の一人であるマレー・ゲルマンにより、ジェイムズ・ジョイスの小説『フィネガンズ・ウェイク』中の一節 "Three quarks for Muster Mark" から命名された 。.

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窒素の同位体

素の同位体には、天然の窒素の大部分を占める窒素14と、窒素15が存在する。原子量が10から25までの14種類の放射性同位体と1種類の核異性体がこれまで 発見されている。これらの放射性同位体は全て短い寿命で、最も寿命の長い窒素13の半減期は9.965分である。他は全て半減期が7.15秒以下で、ほとんどは8分の5秒以下である。原子量が14以下のほとんどの同位体は炭素の同位体、原子量が15以上のほとんどの同位体は酸素の同位体に崩壊する。既知の半減期が最も短い同位体は窒素10で、半減期は約2.3マイクロ秒である。 標準原子量は、14.0067(2) uである。.

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素粒子

物理学において素粒子(そりゅうし、elementary particle)とは、物質を構成する最小の単位のことである。基本粒子とほぼ同義語である。.

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炭素の同位体

炭素の同位体には、炭素8から炭素22まで15種類が知られており、そのうち2種類(炭素12と炭素13)が安定である。長寿命の放射性同位体である炭素14の半減期は5700年である。これは天然でみられる唯一の炭素の放射性同位体で、宇宙線との相互作用による14N + 1n → 14C + 1Hという反応で、痕跡量が生成している。最も安定な人工放射性同位体は炭素11で、半減期は20.334分である。その他の全ての放射性同位体の半減期は20秒以下であり、ほとんどが200ミリ秒以下である。最も不安定な同位体は炭素8で、半減期は10×10-21秒である。天然の存在量の平均をとった、炭素の標準原子量は、12.0107(8) uである。.

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酸素の同位体

酸素の同位体(さんそのどういたい)には3種の安定同位体が存在し、さらには14種の放射性同位体核種が確認されている。放射性核種を含めた酸素同位体の質量数の範囲は、12から28までに収まる。3種の安定同位体はそのうち16から18までであり、その存在比から酸素の標準原子量は とされている。.

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電子

電子(でんし、)とは、宇宙を構成するレプトンに分類される素粒子である。素粒子標準模型では、第一世代の荷電レプトンに位置付けられる。電子は電荷−1、スピンのフェルミ粒子である。記号は e で表される。また、ワインバーグ=サラム理論において弱アイソスピンは−、弱超電荷は−である。.

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電子ボルト

物理学において、電子ボルト(エレクトロンボルト、electron volt、記号: eV)とはエネルギーの単位のひとつ。 素電荷(そでんか)(すなわち、電子1個分の電荷の符号を反転した値)をもつ荷電粒子が、 の電位差を抵抗なしに通過すると得るエネルギーが 。.

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電子捕獲

電子捕獲(でんしほかく、electron capture、EC)とは、原子核の放射性崩壊の一種である。電子捕獲では、電子軌道の電子が原子核に取り込まれ、捕獲された電子は原子核内の陽子と反応し中性子となり、同時に電子ニュートリノが放出される。捕獲される電子は普通はK軌道の電子であるが、L軌道やM軌道の電子が捕獲される場合もある。.

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陽子

陽子(ようし、())とは、原子核を構成する粒子のうち、正の電荷をもつ粒子である。英語名のままプロトンと呼ばれることも多い。陽子は電荷+1、スピン1/2のフェルミ粒子である。記号 p で表される。 陽子とともに中性子によって原子核は構成され、これらは核子と総称される。水素(軽水素、H)の原子核は、1個の陽子のみから構成される。電子が離れてイオン化した水素イオン(H)は陽子そのものであるため、化学の領域では水素イオンをプロトンと呼ぶことが多い。 原子核物理学、素粒子物理学において、陽子はクォークが結びついた複合粒子であるハドロンに分類され、2個のアップクォークと1個のダウンクォークで構成されるバリオンである。ハドロンを分類するフレーバーは、バリオン数が1、ストレンジネスは0であり、アイソスピンは1/2、超電荷は1/2となる。バリオンの中では最も軽くて安定である。.

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陽電子

陽電子(ようでんし、ポジトロン、英語:positron)は、電子の反粒子。絶対量が電子と等しいプラスの電荷を持ち、その他の電子と等しいあらゆる特徴(質量やスピン角運動量 (1/2))を持つ。.

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