Antimatière/Applications de l'antimatière

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Pour les applications, on a besoin de sources d'antimatière.

Pour avoir des positons, on utilise souvent du sodium 22 radioactif. Avec ²²Na, le flux de positons n'est pas très grand (par exemple, 70 millions de positons / seconde). ²²Na a une demi-vie d' environ 2 ans et demi.

${\ce {{\mathit {p}}->[{\ce {d{\acute {e}}sint{\acute {e}}gration~\beta ^{+}}}]{\mathit {n}}+{\mathit {e^{+}}}+{\mathit {\nu _{e}}}}}$

soit:

$\sideset {_{11~}^{22}}{_{}^{}}{\mbox{Na}}\to \sideset {_{10~}^{22}}{_{}^{}}{\mbox{Ne}}+{\mathit {e^{+}}}+{\mathit {\nu _{e}}}$

où ${\ce {\mathit {\nu _{e}}}}$ est un neutrino électronique.

Avec un réacteur nucléaire, on peut avoir des flux beaucoup plus importants . On peut par exemple accélérer des électrons qui vont entrer en collision avec une plaque de tungstène pour produire des positons ( par exemple, un milliard de positons / seconde).

PET scan

acquisition d'une image TEP

La tomographie par émission de positons (PET scan) permet de réaliser des images des tumeurs cancéreuses. On injecte dans le corps du malade un produit radioactif qui va se fixer sur les tumeurs.

Le traceur le plus fréquemment utilisé lors d'un PET Scan est un sucre fluoré ( le ¹⁸F-FDG fluorodesoxyglucose marqué au fluor 18 radioactif ) dont la durée de vie n'excède pas 2 heures.

Fludeoxyglucose (¹⁸F) ou
2-Deoxy-2-[¹⁸F]fluoroglucose
C₆H₁₁¹⁸FO₅

Le radioisotope ¹⁸F se transmute en oxygène 18 dans 97 % des cas par désintégration β⁺ et sinon il évolue par capture électronique.

${\begin{cases}\sideset {_{9}^{18~}}{_{}^{}}{\mbox{F}}\to \sideset {_{8~}^{18~}}{_{}^{}}{\mbox{O}}~+~{\mathit {e^{+}}}~+~{\mathit {\nu _{e}}}\qquad (~environ~97~\%)\\{}_{9}^{18}\mathrm {F} +{}_{-1}^{0}\mathrm {e^{-}} \rightarrow {}_{8}^{18}\mathrm {O} +{}_{0}^{0}\mathrm {\nu _{e}} \qquad (~capture~{\acute {e}}lectronique,~environ~3~\%)\end{cases}}$

C’est la radioactivité $\beta ^{+}$ de l' atome de fluor qui permet la détection par la caméra TEP lors de l'annihilation $\quad e^{+}~+~e^{-}\quad$ pour donner 2 photons. Pour vivre et se reproduire, les cellules ont besoin d’énergie sous forme de glucose. Plus l’activité des cellules est importante, plus leur consommation de glucose augmente.

Les cellules cancéreuses se multiplient sans cesse et ces nombreuses multiplications nécessitent beaucoup d’énergie ; elles ont donc une consommation anormalement élevée de glucose par rapport aux cellules normales. Le ¹⁸F-FDG se comporte comme le glucose, mais contrairement à celui-ci, il n’est pas une source d’énergie utilisable par la cellule cancéreuse. Le ¹⁸F s'accumule dans le cytoplasme de la cellule et émet des e⁺ et les rayonnements produits lors de l'annihilation peuvent être détectés par la caméra TEP. Le tissu cancéreux est ainsi repéré grâce à l’accumulation du produit radioactif sous la forme d’une image d’hyperfixation.

Suivant le type d'analyse à effectuer, il y a d'autres traceurs qui sont utilisés.

Analyse des défauts dans les matériaux

On bombarde un matériaux avec des positons e⁺ et dans la matière, cette charge positive va aller dans un trou où il manque un atome (i.e. manque d'une charge positive). Plus le trou est grand, plus la durée de vie du positon est grande. On mesure donc le temps mis par le positon pour s'annihiler avec un électron pour avoir la dimension du trou.

$e^{+}~+~e^{-}\to \gamma ~+~\gamma$ , les deux photons sont émis dans des directions opposées.

En augmentant l'énergie des positons on fait varier la profondeur de pénétration. On peut donc étudier la matériaux couche par couche sur quelques micromètres.

Quand le trou est très grand, le positon peut se lier avec l'électron pour former un positronium avant de s'annihiler.
Le positronium (noté Ps ou e⁺e^-) est un système quasi-stable constitué d'un positon et d'un électron formant un atome exotique.