Positronenstrahlung einfach erklärt

Das Positron - das erste Antimaterie-Teilchen

• Materie gibt es in der physikalischen Welt in zweierlei Arten, nämlich die gewöhnliche Materie, aus der nicht nur die Erde, sondern (soweit bekannt) auch nahezu das gesamte Weltall aufgebaut ist.
• Daneben gibt es noch die sogenannte Antimaterie, die auf der Erde nur künstlich und im Weltall nur in kleinen Mengen unter Energieeinsatz erzeugt werden kann.
• Zu jedem auf der Erde vorhandenen Elementarteilchen gibt es ein Antiteilchen, dessen Masse genauso groß wie die des normalen Teilchens ist, das jedoch die entgegengesetzte Ladung trägt. Vorausgesagt wurden diese Teilchen übrigens bereits 1929 von Paul Dirac, jedoch nur als zunächst theoretische Lösung einer quantenmechanischen Gleichung.
• Das erste Antiteilchen, das 1932 von Carl David Anderson experimentell nachgewiesen wurde, war das Positron, der positiv geladene Gegenspieler zum bekannten Elektron.

Positronenstrahlung - was ist das?

Der Begriff der Positronenstrahlung kann tatsächlich nicht ganz genau gefasst werden, je nach Kontext sind dazu zwei Arten von Strahlung möglich.

• Viele radioaktive Quellen lassen sich künstlich(!) herstellen. So entstehen beispielsweise aus leichten Elementen durch intensive Neutronenbestrahlung radioaktive Elemente (genauer: Radionuklide), die bei ihrem radioaktiven Zerfall Positronen abgeben. Etwas ungenau könnte man diese auch in der Medizin genutzten Präparate also Positronenstrahler - analog zu den Alphastrahlern - bezeichnen. Auch durch die kosmische Höhenstrahlung entstehen in der hohen Atmosphäre Atomkerne, die beim Zerfall ein Positron abgeben.
• Im Allgemeinen versteht man jedoch unter dem Begriff "Positronenstrahlung" eine andere Eigenschaft der Antimaterie: Treffen nämlich Teilchen der Antimaterie auf ihre normalen Spiegelteilchen, vernichten sich beide Teilchen unter Aussendung intensiver Gammastrahlung. Diese Vernichtungsstrahlung genannte Strahlungsart ist übrigens eine direkte Konsequenz der einsteinschen Masse-Energie-Äquivalenz. In diesem Fall werden die beiden Massen komplett in Strahlungsenergie verwandelt.
• So entsteht ebenfalls intensive Gammastrahlung, wenn das Positron auf sein Antiteilchen, das Elektron trifft. Beide Teilchen zerstrahlen dabei zwei Gammaquanten, die jeweils die Energie eines der beiden Teilchen in entgegengesetzte Richtung mit Lichtgeschwindigkeit davontragen (genauer: die bekannte 511-keV-Vernichtungslinie in vielen Gammaspektren rührt hierher).
• Diese Positronenstrahlung wird bei einem speziellen bildgebenden Verfahren in der Nuklearmedizin benutzt, und zwar bei der Positronen-Emissions-Tomografie (kurz PET). Mit diesem Verfahren lassen sich komplizierte Stoffwechselprozesse beispielsweise im Gehirn in lebenden Organen zeitlich verfolgen. Die dabei dem Patienten injizierten speziellen Radionuklide senden Positronen aus, die im Gewebe zerstrahlen. Dies Positronenstrahlung wird mit Detektoren nachgewiesen.