Азот-13

Азот-13 (¹³N) — радіоізотоп азоту, який використовується в позитронно-емісійній томографії (ПЕТ). Його період напіврозпаду становить трохи менше десяти хвилин, тому його потрібно виготовляти на місці. Для цього можна використовувати циклотрон.

Азот-13 використовується для позначення молекул аміаку для візуалізації перфузії міокарда(інші мови).

Виробництво

Азот-13 використовується в медичній ПЕТ-візуалізації у формі міченого аміаку. Його можна виготовити за допомогою медичного циклотрона, використовуючи як мішень чисту воду з невеликою кількістю етанолу. Реагентами є кисень-16 (у складі H₂O) і протон, а продуктами є азот-13 і альфа-частинка (гелій-4).

¹H + ¹⁶O → ¹³N + ⁴He

Протон повинен бути прискорений до загальної енергії більше 5,66 МеВ. Це порогова енергія для цієї реакції^[1], оскільки вона ендотермічна (тобто маса продуктів більша, ніж реагентів, тому необхідно подати енергію, яка перетворюється на масу). З цієї причини протон повинен нести додаткову енергію, щоб викликати ядерну реакцію.

Різниця енергії насправді становить 5,22 МеВ, але якби протон постачав лише цю енергію, реагенти утворювалися б без кінетичної енергії. Оскільки імпульс має бути збережений, справжня енергія, яку повинен передати протон, визначається як:

${\displaystyle K=(1+m/M)|E|}$

де ${\displaystyle m}$ — це маса ⁴Не і ${\displaystyle M}$ дорівнює масі ¹³N ; тому ${\displaystyle m/M}$ = 0,307 806 661. Присутність етанолу (у концентрації ~5 мМ) у водному розчині дозволяє зручно утворювати аміак, коли утворюється азот-13. Існують інші шляхи виробництва міченого ¹³N аміаку, деякі з яких сприяють спільному виробленню інших легких радіонуклідів для діагностичної візуальзації.^[2][3]

Роль N-13 у циклі CNO.

Азот-13 відіграє значну роль у циклі CNO, який є домінуючим джерелом енергії в зірках головної послідовності, маса яких у 1,5 рази перевищує масу Сонця.^[4]

Блискавка може відігравати певну роль в утворенні азоту-13.^[5][6]

Примітки

1. Islam, M. R.; Beni, M. S.; Ng, C та ін. (2022). Proton range monitoring using ¹³N peak for proton therapy applications. PLOS ONE. 17 (2): e0263521-1—e0263521-18. doi:10.1371/journal.pone.0263521. PMC 8846528. PMID 35167589.
2. Biricova, Veronika; Kuruc, Jozef (2007). Synthesis of the radiopharmaceuticals for positron emission tomography. U.S. Department of Energy, Office of Scientific and Technical Information. Процитовано 4 серпня 2022.
3. Yokell, Daniel L.; Rice, Peter A.; Neelamegam, Ramesh; El Fakhri, Georges (13 травня 2020). Development, validation and regulatory acceptance of improved purification and simplified quality control of [¹³N] Ammonia. EJNMMI Radiopharm Chem. 5 (11): 11. doi:10.1186/s41181-020-00097-7. PMC 7221112. PMID 32405797.
4. Phillips, A.C. (1994). The Physics of Stars. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-94057-7.
5. Lightning, with a chance of antimatter. Phys.org. ScienceX. 22 листопада 2017. Процитовано 24 листопада 2017. The gamma rays emitted in lightning have enough energy to knock a neutron out of atmospheric nitrogen
6. Castelvecchi, Davide (22 листопада 2017). Lightning makes new isotopes. Nature. doi:10.1038/nature.2017.23033. Процитовано 29 листопада 2017.

Посилання

• Сайт PET Мельбурнського університету