איזו פליטת ריקבון גרעינית מורכבת מאנרגיה בלבד?

גרעין האטום מורכב מפרוטונים ונויטרונים, המורכבים בתורם מחלקיקים בסיסיים המכונים קווארקים. לכל יסוד יש מספר אופייני של פרוטונים אך הוא יכול ללבוש מגוון צורות, או איזוטופים, שלכל אחד מהם מספר שונה של נויטרונים. אלמנטים יכולים להתפורר לאחרים אם התהליך יביא למצב אנרגיה נמוך יותר. קרינת גמא היא פליטת ריקבון של אנרגיה טהורה.

חוקי הפיזיקה הקוונטית מנבאים זאת אטום לא יציב יאבד אנרגיה עקב ריקבון אך אינו יכול לחזות במדויק מתי אטום מסוים יעבור תהליך זה. הכי הרבה שפיזיקה קוונטית יכולה לחזות הוא משך הזמן הממוצע של אוסף חלקיקים להתפורר. שלושת הסוגים הראשונים של ריקבון גרעיני שהתגלו נקראו ריקבון רדיואקטיבי והם מורכבים מהתפרקות אלפא, בטא וגמא. ריקבון אלפא ובטא משדרים אלמנט אחד למשנהו ולרוב מלווים בריקבון גמא, המשחרר עודפי אנרגיה מתוצרי הריקבון.

ריקבון גמא הוא תוצר לוואי אופייני לפליטת חלקיקים גרעיניים. בריקבון אלפא, אטום לא יציב פולט גרעין הליום המורכב משני פרוטונים ושני נויטרונים. לדוגמא, באיזוטופ אחד של אורניום יש 92 פרוטונים ו- 146 נויטרונים. הוא יכול לעבור ריקבון אלפא, והופך לאלמנט תוריום ומורכב מ -90 פרוטונים ו -144 נויטרונים. ריקבון בטא מתרחש כאשר נויטרון הופך לפרוטון, ופולט אלקטרון ואנטי-נוטרינו בתהליך. לדוגמא, ריקבון בטא הופך איזוטופ פחמן עם שישה פרוטונים ושמונה נויטרונים לחנקן המכיל שבעה פרוטונים ושבעה נויטרונים.

פליטת חלקיקים משאירה לעתים קרובות את האטום שנוצר במצב נרגש. הטבע, לעומת זאת, מעדיף שחלקיקים יניחו את מצב האנרגיה הנמוכה ביותר, או את מצב הקרקע. לשם כך, גרעין נרגש יכול לפלוט קרן גמא המובילה את עודף האנרגיה כקרינה אלקטרומגנטית. לקרני הגמא תדרים גבוהים בהרבה מאלה של האור, מה שאומר שיש להם תכולת אנרגיה גבוהה יותר. כמו כל צורות הקרינה האלקטרומגנטית, קרני הגמא נעות במהירות האור. דוגמה לפליטת קרני גמא מתרחשת כאשר קובלט עובר ריקבון בטא והופך לניקל. הניקל הנרגש פולט שתי קרני גמא במטרה לרדת למצב האנרגיה הקרקעית שלו.

בדרך כלל לוקח מעט מאוד זמן עד שגרעין נרגש פולט קרן גמא. עם זאת, גרעינים נרגשים מסוימים הם "גרורתיים", כלומר הם עשויים לעכב את פליטת קרני הגמא. העיכוב עשוי להימשך רק חלק משנייה אך יכול להימשך לאורך דקות, שעות, שנים או אפילו יותר. העיכוב מתרחש כאשר סיבוב הגרעין אוסר על ריקבון גמא. אפקט מיוחד נוסף מתרחש כאשר אלקטרון המקיף סופג קרן גמא שנפלטת ונפלט מהמסלול. זה ידוע כאפקט הפוטואלקטרי.