اقرأ في هذا المقال
ما هو البوزيترون؟
البوزيترون، الذي يُطلق عليه أيضاً الإلكترون الموجب، جسيم دون ذري موجب الشحنة له نفس كتلة وحجم شحنة الإلكترون ويشكل الجسيم المضاد للإلكترون السالب. أول الجسيمات المضادة التي تم اكتشافها، اكتشف “كارل ديفيد أندرسون” البوزيترونات في دراسات الغرفة السحابية لتكوين الأشعة الكونية (1932م). قدم اكتشاف البوزيترون شرحاً للجانب النظري للإلكترونات الذي تنبأ به “ديراك”.
أسفرت معادلة موجة ديراك (1928م)، التي أدرجت النسبية في الوصف الميكانيكي الكمومي لحالات الطاقة المسموح بها للإلكترون، عن حالات طاقة سالبة غير ضرورية على ما يبدو لم يتم ملاحظتها. في عام (1931م) افترض ديراك أنّ هذه الحالات يمكن أن تكون مرتبطة بنوع جديد من الجسيمات، وهو الإلكترون المضاد.
البوزيترون: هو جسيم موجب الشحنة له نفس كتلة وحجم الشحنة مثل الإلكترون ويشكل الجسيم المضاد للإلكترون. يسمى أيضاً مضاد الإلكترون.
تفاعل البوزيترونات:
تتفاعل البوزيترونات، المستقرة في الفراغ، بسرعة مع إلكترونات المادة العادية عن طريق الإبادة لإنتاج إشعاع جاما. تنبعث البوزيترونات في اضمحلال بيتا الإيجابي للنواة المشعة الغنية بالبروتون “التي تعاني من نقص النيوترونات” وتتشكل في إنتاج زوج، حيث يتم تحويل طاقة شعاع جاما في مجال النواة إلى زوج إلكترون – بوزيترون.
يتم إنتاجها أيضاً في تحلل بعض الجسيمات قصيرة العمر، مثل الميونات الموجبة. تُستخدم البوزيترونات المنبعثة من مصادر مشعة من صنع الإنسان في التشخيص الطبي في التقنية المعروفة باسم التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET).
إبادة البوزيترون – Positron Annihilation:
يتم وصف الطريقة بإيجاز كمثال لظاهرة فيزيائية غامضة على ما يبدو يمكن استخدامها في الاختبارات غير التدميرية. البوزيترونات هي مادة مضادة، أي أشعة بيتا موجبة الشحنة. بوجود شحنة موجبة، فإنّها تنجذب إلى الإلكترونات السالبة ولكن تتنافر مع النوى الذرية. تخضع للإبادة بواسطة الإلكترون، مع ظهور الكتلة الباقية للجسيمين كانبعاثات أشعة جاما.
تبلغ طاقة كل أشعة جاما (0.51) ميجا فولت. المصدران الرئيسيان للوظائف هما (22Na) و(68Ge). تم استخدام قياسات إبادة البوزيترون لدراسة العيوب المجهرية في المعادن ذات الصلة بالتشوه وتلف التعب (fatigue damage)، من خلال تحديد كمية الإلكترونات الحرة. كما تم اقتراح البوزيترونات لقياس درجة السمك الدقيق.
العلاج بتقنية التصوير المقطعي البوزيتروني:
التصوير المقطعي بانبعاث البوزيترون (PET) هي تقنية واعدة للتحقق من توزيع الجرعة من العلاج بالبروتون، وهي طريقة علاج دقيقة تستخدم بشكل متزايد في علاج الأورام بالإشعاع لأنّ نمط الإشعاع الخاص بها يتوافق بشكل وثيق مع تكوين الورم أكثر من ذلك من الأشعة السينية، وبالتالي تجنيب الأنسجة السليمة الطبيعية.
ينتج العلاج بالبروتون نظائر ينبعث منها البوزيترون على طول مسار الحزمة، مما يسمح للتصوير المقطعي البوزيتروني بتصوير توزيع الطاقة العلاجية، أي شكل من أشكال ضمان جودة العلاج. هذه القدرة مهمة بشكل خاص عند معالجة الأعضاء غير المتجانسة، مثل الرئتين أو الرأس والرقبة، حيث يكون حساب توزيع الجرعة المتوقعة للعلاج معقداً.
هنا، نقدم النتائج المستخلصة من محاكاة “مونت كارلو” الخاصة بنا لعائد بواعث البوزيترون التي تنتجها حزم بروتونية تصل إلى (250) ميغا إلكترون فولت، تليها محاكاة “مونت كارلوط الواقعية إحصائياً للصور المتوقعة من ماسح التصوير المقطعي البوزيتروني السريري.
تكمن نقاط تركيزنا في التنبؤ الدقيق بتوزيع بواعث البوزيترون، وفي تحديد جودة إشارة (PET) بالقرب من قمة (Bragg) التي تعتبر بالغة الأهمية لنجاح التصوير المقطعي البوزيتروني للتحقق من موقع حزمة البروتون وقياس الجرعات.
نوضح أيضاً أنّ النتائج تعتمد بشدة على دقة بيانات المقطع العرضي للتفاعل النووي المتاحة. وفقاً لذلك، نحدد الاختلافات في عوائد البوزيترون المحسوبة من أربع مجموعات مختلفة من هذه البيانات، ونقارنها بالتوزيعات المحاكاة لإنتاج البوزيترون وطاقات البروتون الممتصة.
تطبيقات البوزيترونات:
البوزيترونات لها تطبيقات مهمة في الفيزياء والتقنيات الأساسية. في الفيزياء الفلكية، يُلاحظ انبعاث أزواج الإلكترون والبوزيترون على نطاق واسع في البيئة الفيزيائية الفلكية المتطرفة مثل انفجار أشعة جاما والنجم النابض، يمكن استخدام حزمة “إلكترون – بوزيترون” محايدة كأداة فعالة لدراسة الظواهر ذات الصلة المباشرة بالسيناريوهات الفيزيائية الفلكية التي يهيمن عليها الزوج في المختبر.
في علم المواد، يمكن استخدام البوزيترونات كنوع من المسبار غير المدمر في التحليل الطيفي لإفناء البوزيترون، لاكتشاف العيوب. في التصوير الطبي، يعتبر التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) مفيداً بشكل خاص في مسح الدماغ والجهاز العصبي.
في معظم التطبيقات، يتم إنتاج البوزيترونات بواسطة النظائر المشعة. بسبب المخاطر الإشعاعية، يجب أن يخضع استخدام وتخزين ونقل مصدر البوزيترون على أساس النظائر لرقابة صارمة.
