Positronannihilatie

Positronannihilatie is de reactie tussen een elektron en een positron waarbij beide deeltjes elkaar per paar als het ware "uitwissen" (annihileren), doordat de massa van de deeltjes volledig wordt omgezet in gammastraling, een van de hoedanigheden van energie. Per elektron-positron-paar dat annihileert, komen er twee fotonen gammastraling vrij.

Positronannihilatie wordt toegepast in materiaalkundig onderzoek met name van polymeren en bij medisch onderzoek door middel van positronemissietomografie (PET).

Vrijkomen van een positron en annihilatie van de positron met een elektron

De afbeelding laat zien hoe een atoomkern een positron (e+) en een neutrino (v) uitzendt. Het positron beweegt dan langs een grillige weg door de omringende materie, waarbij het tegen verscheidene elektronen (e-) botst, tot het ten slotte voldoende energie heeft verloren om met een enkel elektron te kunnen reageren. Dit annihilatieproces levert twee fotonen op, die in tegengestelde richtingen uitgestraald worden met ieder zo'n 511 keV energie. In de praktijk zullen de stralen overigens niet exact 180 graden van richting verschillen, vanwege de overgebleven energie van het positron op het moment van de botsing en de wet van behoud van impuls.

Positronannihilatie in materiaalkundig onderzoek

Bij materiaalkundig onderzoek wordt een monster blootgesteld aan een bron van positronen zoals 22Na. De positronen schieten het materiaal in en nestelen er zich. Als het materiaal veel vrij volume bevat, bijvoorbeeld een polymeer met veel kruisverbindingen (crosslinks), kan een aantal van de positronen langer blijven bestaan dan wanneer zij in een gebied belanden dat dichtbevolkt met elektronen is.

Het annihilatieproces kan gevolgd worden doordat het tot meetbare gammastraling leidt. Het tijdsverloop van het proces bevat informatie over de hoeveelheid vrij volume in het bestudeerde materiaal.