Beta⁺-Zerfall
Der Beta-plus-Zerfall ist das Spiegelbild des Beta-minus-Zerfalls: Ein Proton wandelt sich in ein Neutron um, emittiert ein Positron – das Antiteilchen des Elektrons – sowie ein Elektron-Neutrino. Er tritt bei protonenreichen Kernen auf und ist die physikalische Grundlage der Positronen-Emissions-Tomographie (PET), der wichtigsten Bildgebungsmethode der Nuklearmedizin.
Auf Quark-Ebene wandelt ein virtuelles W⁺-Boson ein Up-Quark (u) des Protons in ein Down-Quark (d) um: Proton (uud) → Neutron (udd). Gleichzeitig entstehen Positron und Elektron-Neutrino. Der Beta-plus-Zerfall ist nur dann energetisch möglich, wenn die Masse des Mutterkerns die des Tochterkerns plus zwei Elektronmassen überschreitet – eine deutlich strengere Bedingung als beim Beta-minus-Zerfall.
Das emittierte Positron annihiliert nach wenigen Millimetern im Gewebe mit einem Elektron und erzeugt zwei Gammaquanten mit exakt 511 keV in entgegengesetzten Richtungen. Dieses Koinzidenzsignal ist die Grundlage der PET: Ein Ring von Detektoren registriert die gleichzeitigen Photonen und rekonstruiert daraus den Ort des Zerfalls mit millimetergenauer Auflösung. PET-Scans zeigen Stoffwechselaktivität in Echtzeit.
Klinisch eingesetzte Beta-plus-Strahler sind kurzlebige Isotope, die direkt am Zyklotron erzeugt werden: Fluor-18 (¹⁸F, Halbwertszeit 110 min) in Form von FDG (Fluordesoxyglucose) für Tumordiagnostik und Neurologie; Stickstoff-13 (¹³N, 10 min) für Myokardperfusion; Kohlenstoff-11 (¹¹C, 20 min) für spezialisierte Rezeptor-Bildgebung. Die kurzen Halbwertszeiten erfordern ein Zyklotron direkt am Krankenhaus.