窒素13

窒素13
核種の一覧
概要
名称、記号	窒素13,13N
中性子	6
陽子	7
核種情報
半減期	9.965(4) min
同位体質量	13.00573861(29) u

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。

$K=(1+m/M)|E|$

恒星における役割

CNOサイクルにおけるN13の役割

窒素13(¹³N)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⁺ + ν_e + 2.22 MeV

¹³C + ¹H → ¹⁴N + γ + 7.54 MeV

¹⁴N + ¹H → ¹⁵O + γ + 7.35 MeV

¹⁵O → ¹⁵N + e⁺ + ν_e + 2.75 MeV

¹⁵N + ¹H → ¹²C + ⁴He + 4.96 MeV

外部リンク

• PET site of the University of Melbourne