窒素13

窒素13(N13)は、窒素の放射性同位体であり、ポジトロン断層法に用いられる。半減期は10分弱である。ポジトロン断層法用にサイクロトロンで生成され、アンモニア分子を標識する。

生成
16O + 1H → 4He + 13N
酸素16の原子核に水素の原子核（即ち陽子）をぶつけて、ヘリウムの原子核（即ちα粒子）が弾き出されて、窒素13が得られる。陽子は運動エネルギーが5.55MeVを越えるまで加速される必要がある。

反応は吸熱反応であり、生成物の質量が反応物の質量よりも大きいため、質量に転換されるエネルギーを外から補給する必要がある。そのため、核反応を起こすためにプロトンによりエネルギーが運ばれる。

エネルギー差は正確には5.22MeVであるが、プロトンだけでこのエネルギーを運ぶと運動エネルギーを持たない反応物が生成される。モーメントは必ず保存されるため、プロトンで運ぶ必要のある真のエネルギーは次の式で表される。

恒星における役割

窒素13は、太陽質量よりも重い恒星の主要なエネルギー源となるCNOサイクルで大きな役割を果たす。
12C  +  1H  →  13N  +  γ      +  1.95 MeV 
13N      →  13C  +  e+  +  νe  +  2.22 MeV 
13C  +  1H  →  14N  +  γ      +  7.54 MeV 
14N  +  1H  →  15O  +  γ      +  7.35 MeV 
15O      →  15N  +  e+  +  νe  +  2.75 MeV 
15N  +  1H  →  12C  +  4He      +  4.96 MeV

出典

外部リンク
PET site of the University of Melbourne

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