陽電子

陽電子（ポジトロン）とは

陽電子（ポジトロン、英語: positron）は、電子の反粒子であり、質量やスピン角運動量といった特性は電子と同一ですが、電荷が正である点が異なります。陽電子は、不安定な原子核のβ+崩壊や、1.022MeV以上のエネルギーを持つ電磁波と電磁場の相互作用によって生成されます。

陽電子の性質

陽電子は物質に侵入すると、物質中の原子核外電子、特に価[[電子]]や伝導[[電子]]と対消滅を起こし、数本のガンマ線を放出します。また、対消滅する前に、準安定状態の電子-陽電子対（ポジトロニウム）を形成することがあります。ポジトロニウムは水素様原子の一種であり、電子と陽電子のスピンが反平行な一重項状態をパラポジトロニウム（p-Ps）、平行な三重項状態をオルソポジトロニウム（o-Ps）と呼びます。

電子と陽電子の対消滅によって放出されるガンマ線のエネルギー分布を観測することで、単結晶中の電子の運動量密度分布を調べることが可能です。これは、対消滅によって放出されるガンマ線のエネルギーが本来511.0keVであるところが、ドップラー効果によって増減するためです。

さらに、物質に陽電子が入射してから電子と対消滅するまでの時間スペクトルの時定数である陽電子寿命を調べることで、物質中の空孔型欠陥を高感度に検出できます。これは、陽電子の消滅率が電子密度に依存するためです。

陽電子の発見

1928年、ポール・ディラックは、ディラックの海という概念を用いて、正の電荷を持つ電子（反電子）の存在を予言しました。その後、1932年にカール・デイヴィッド・アンダーソンが、霧箱を用いた実験でこの粒子を観測し、正の電荷を持つことから「陽電子（positron）」と命名しました。アンダーソンは、陽電子に対応する粒子として電子の名称を「ネガトロン」に変更しようとしましたが、これは実現しませんでした。

陽電子の利用

医療分野

陽電子は、医療分野において、ポジトロン断層法（PET）を用いたがんの発見に利用されています。これは、陽電子放出核種で標識された生体分子の分布や代謝を、放射能の空間分布や時間変化を画像化する手法です。日本では、がんの診療だけでなく、がん検診にも利用されていますが、その有効性については議論があります。

材料分野

材料分野では、半導体の空孔型欠陥の検出（密度や種類の測定）や、ポリマーの自由体積の測定に利用できることが知られています。しかし、これらの応用は主に研究室レベルにとどまっており、産業利用は十分に開拓されていません。これは、データの解釈に専門的な知識が必要であることや、容易に入手できる市販装置が存在しないことが原因として挙げられます。

関連項目

物理学
物性[[物理学]]

外部リンク

* 日本陽電子科学会

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