Emisi Peluruhan Nuklir Manakah yang Hanya Berisi Energi?

Inti atom terdiri dari proton dan neutron, yang pada gilirannya terdiri dari partikel dasar yang dikenal sebagai quark. Setiap elemen memiliki jumlah proton yang khas tetapi dapat mengambil berbagai bentuk, atau isotop, masing-masing dengan jumlah neutron yang berbeda. Unsur dapat meluruh menjadi unsur lain jika proses tersebut menghasilkan keadaan energi yang lebih rendah. Radiasi gamma adalah emisi peluruhan energi murni.

Hukum fisika kuantum memprediksi bahwa atom yang tidak stabil akan kehilangan energi melalui peluruhan tetapi tidak dapat memperkirakan secara tepat kapan atom tertentu akan menjalani proses ini. Yang paling dapat diprediksi oleh fisika kuantum adalah jumlah waktu rata-rata yang dibutuhkan kumpulan partikel untuk meluruh. Tiga jenis peluruhan nuklir pertama yang ditemukan disebut peluruhan radioaktif dan terdiri dari peluruhan alfa, beta, dan gamma. Peluruhan alfa dan beta mengubah satu elemen menjadi elemen lain dan sering disertai dengan peluruhan gamma, yang melepaskan energi berlebih dari produk peluruhan.

Peluruhan gamma adalah produk sampingan khas dari emisi partikel nuklir. Dalam peluruhan alfa, atom yang tidak stabil memancarkan inti helium yang terdiri dari dua proton dan dua neutron. Misalnya, satu isotop uranium memiliki 92 proton dan 146 neutron. Ia dapat mengalami peluruhan alfa, menjadi unsur thorium dan terdiri dari 90 proton dan 144 neutron. Peluruhan beta terjadi ketika neutron menjadi proton, memancarkan elektron dan antineutrino dalam prosesnya. Misalnya, peluruhan beta mengubah isotop karbon dengan enam proton dan delapan neutron menjadi nitrogen yang mengandung tujuh proton dan tujuh neutron.

Emisi partikel sering meninggalkan atom yang dihasilkan dalam keadaan tereksitasi. Alam, bagaimanapun, lebih suka bahwa partikel mengasumsikan keadaan energi paling sedikit, atau keadaan dasar. Untuk tujuan ini, inti yang tereksitasi dapat memancarkan sinar gamma yang membawa kelebihan energi sebagai radiasi elektromagnetik. Sinar gamma memiliki frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada cahaya, yang berarti mereka memiliki kandungan energi yang lebih tinggi. Seperti semua bentuk radiasi elektromagnetik, sinar gamma bergerak dengan kecepatan cahaya. Contoh emisi sinar gamma terjadi ketika kobalt mengalami peluruhan beta menjadi nikel. Nikel tereksitasi mengeluarkan dua sinar gamma untuk turun ke keadaan energi dasarnya.

Biasanya dibutuhkan waktu yang sangat sedikit untuk inti yang tereksitasi untuk memancarkan sinar gamma. Namun, inti tereksitasi tertentu adalah "metastabil", yang berarti mereka dapat menunda emisi sinar gamma. Penundaan dapat berlangsung hanya sebagian detik tetapi dapat berlangsung selama beberapa menit, jam, tahun atau bahkan lebih lama. Penundaan terjadi ketika putaran inti mencegah peluruhan gamma. Efek khusus lainnya terjadi ketika elektron yang mengorbit menyerap sinar gamma yang dipancarkan dan dikeluarkan dari orbit. Ini dikenal sebagai efek fotolistrik.