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為什麼某些放射性同位素能夠發出正子？其背後的科學秘密是什麼？
在現今的科學研究中，正子發射（β+衰變）作為一種特殊的放射性衰變形式，吸引了眾多學者的注意。這一過程中，一個質子在放射性同位素的原子核內轉變為中子，同時釋放出正子及電子中微子。這一現象由弱相互作用所驅動，使得正子成為β+粒子的一種類型，另一種則是從β−衰變中釋放出的電子。
正子發射的過程中，質子的數量相對於中子的數量下降，使得此類衰變通常發生在“質子富含”的放射性同位素中。
正子發射會導致核的變換，將一種化學元素的原子轉變為另一種原子，其原子序數降低一個單位。例如，鎂-23（2312Mg）可以衰變為鈉-23（2311Na），同時產生一個正子（e+）和一個電子中微子（νe）。這種放射性衰變在地球上非常罕見，觀察到的案例包括來自宇宙射線的相互作用以及某些同位素的衰變，例如鉀-40。
鉀-40的罕見形式僅占鉀元素的0.012%，而其經由正子發射衰變的概率約為十萬分之一。這一過程不應與電子發射或β−衰變混淆，後者是指中子轉變為質子並釋放出電子及反中微子。正子發射也與質子衰變不同，後者是一種假設性衰變，不一定涉及同位素的質子。
正子發射的發現
1934年，弗雷德里克與伊麗娜·居里夫妻在利用α粒子轟擊鋁時，觀察到了正子發射的現象。他們發現產物同位素磷-30（3015P）會釋放出與宇宙射線中發現的相同的正子，這也被認為是正子發射（β+衰變）的首個例子。這對夫妻稱之為“人工放射性”，因為磷-30是一種短壽命的核素，在自然界中並不存在。他們的發現最終為夫妻倆贏得了諾貝爾獎。
正子發射的過程不僅是基本粒子物理的展示，也是原子核物理學中的一個核心題材。
正子發射同位素
許多同位素都能經歷正子發射的過程，這些同位素包括但不限於：碳-11、氮-13、氧-15、氟-18、銅-64、鎵-68、溴-78、銣-82、釔-86、鋯-89、鈉-22、鋁-26、鉀-40、鍶-83以及碘-124。舉例來說，碳-11進行β+衰變時，會變為硼-11，並發射出正子和中微子。
正子發射的機制
在質子與中子內部，有著稱為夸克的基本粒子。最常見的兩種夸克是上夸克和下夸克。正子發射過程中，透過弱相互作用，上夸克轉變為下夸克，隨之將質子轉變為中子。這一過程同時涉及能量的守恒，因為釋放出來的正子會在反應后與母體原子核中的電子互相影響，導致新生成的原子呈負離子狀態。
正子發射所需的能量，必須至少為兩個電子質量的能量，當質子轉變為中子的過程中，相关的质量条件必需得以满足。
正子發射的應用
正子發射的同位素被廣泛應用於正子發射斷層掃描（PET）技術中，這是一項用於醫學成像的技術。這些短壽命的正子發射同位素，如碳-11（半衰期為20.4分鐘）、氮-13（10分鐘）、氧-15（2分鐘）以及氟-18（110分鐘），通常通過對自然或富集目標的質子轟擊來製造。不同的同位素釋放出不同的能量，這些數據對於醫學影像技術的準確度至關重要。
儘管正子發射是一種複雜且難以探測的物理現象，但它在核物理與醫學成像等領域的重要性卻無法忽視。對於正子發射背後的深層科學機制，研究者們仍在不斷探索。是否還有更多未被發現的細節在等待我們去解開呢？
