原子核は陽子と中性子で構成されており、これらはクォークと呼ばれる基本的な粒子で構成されています。 各元素には特徴的な数の陽子がありますが、それぞれが異なる数の中性子を持つさまざまな形または同位体をとることがあります。 プロセスの結果、エネルギー状態が低くなると、要素は他の要素に崩壊する可能性があります。 ガンマ線は純粋なエネルギーの崩壊放出です。
放射性崩壊
量子物理学の法則はそれを予測します 不安定な原子 崩壊によってエネルギーを失いますが、特定の原子がいつこのプロセスを経るのかを正確に予測することはできません。 量子物理学が予測できる最も多くのことは、粒子の集まりが崩壊するのにかかる平均時間です。 発見された最初の3種類の核崩壊は放射性崩壊と呼ばれ、アルファ、ベータ、ガンマ崩壊で構成されています。 アルファ崩壊とベータ崩壊は、ある要素を別の要素に変換し、多くの場合、崩壊生成物から過剰なエネルギーを放出するガンマ崩壊を伴います。
粒子放出
ガンマ崩壊は、核粒子放出の典型的な副産物です。 アルファ崩壊では、不安定な原子が2つの陽子と2つの中性子からなるヘリウム原子核を放出します。 たとえば、ウランの1つの同位体には、92個の陽子と146個の中性子があります。 アルファ崩壊を起こし、元素トリウムになり、90個の陽子と144個の中性子で構成されます。 ベータ崩壊は、中性子が陽子になり、その過程で電子と反ニュートリノを放出するときに発生します。 たとえば、ベータ崩壊は、6つの陽子と8つの中性子を持つ炭素同位体を、7つの陽子と7つの中性子を含む窒素に変えます。
ガンマ線
粒子放出は、しばしば、結果として生じる原子を励起状態のままにします。 しかし、自然は、粒子が最小のエネルギーの状態、つまり基底状態をとることを好みます。 この目的のために、励起された原子核は、電磁放射として過剰なエネルギーを運び去るガンマ線を放出することができます。 ガンマ線は光の周波数よりもはるかに高い周波数を持っています。つまり、それらはより高いエネルギー含有量を持っています。 あらゆる形態の電磁放射と同様に、ガンマ線は光速で移動します。 ガンマ線放出の例は、コバルトがベータ崩壊してニッケルになるときに発生します。 励起されたニッケルは、基底状態のエネルギーに降下するために2つのガンマ線を放出します。
特殊効果
通常、励起された原子核がガンマ線を放出するのにかかる時間はごくわずかです。 ただし、特定の励起された原子核は「準安定」であり、ガンマ線放出を遅らせる可能性があることを意味します。 遅延はほんの一瞬しか続かないかもしれませんが、数分、数時間、数年、あるいはそれ以上に及ぶ可能性があります。 原子核のスピンがガンマ崩壊を禁止するときに遅延が発生します。 別の特殊効果は、軌道を回る電子が放出されたガンマ線を吸収し、軌道から放出されるときに発生します。 これは光電効果として知られています。
