원자의 핵은 양성자와 중성자로 구성되며, 이는 차례로 쿼크라고 알려진 기본 입자로 구성됩니다. 각 원소는 특징적인 수의 양성자를 가지고 있지만 각각 다른 수의 중성자를 가진 다양한 형태 또는 동위 원소를 취할 수 있습니다. 공정이 에너지 상태를 낮추면 원소가 다른 원소로 붕괴 될 수 있습니다. 감마 방사선은 순수한 에너지의 붕괴 방출입니다.
방사성 붕괴
양자 물리학의 법칙은 불안정한 원자 붕괴를 통해 에너지를 잃지 만 특정 원자가이 과정을 겪을시기를 정확히 예측할 수는 없습니다. 양자 물리학이 예측할 수있는 최대 값은 입자 모음이 붕괴하는 데 걸리는 평균 시간입니다. 발견 된 처음 세 가지 유형의 핵 붕괴는 방사성 붕괴라고 불리며 알파, 베타 및 감마 붕괴로 구성됩니다. 알파 및 베타 붕괴는 한 요소를 다른 요소로 변환하고 종종 감마 붕괴를 수반하여 붕괴 생성물에서 과도한 에너지를 방출합니다.
입자 방출
감마 붕괴는 핵 입자 방출의 전형적인 부산물입니다. 알파 붕괴에서 불안정한 원자는 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성된 헬륨 핵을 방출합니다. 예를 들어, 우라늄의 한 동위 원소는 92 개의 양성자와 146 개의 중성자를 가지고 있습니다. 그것은 알파 붕괴를 겪을 수 있으며 원소 토륨이되고 90 개의 양성자와 144 개의 중성자로 구성됩니다. 베타 붕괴는 중성자가 양성자가되어 그 과정에서 전자와 반 중성미자를 방출 할 때 발생합니다. 예를 들어, 베타 붕괴는 6 개의 양성자와 8 개의 중성자가있는 탄소 동위 원소를 7 개의 양성자와 7 개의 중성자를 포함하는 질소로 바꿉니다.
감마 방사선
입자 방출은 종종 결과 원자를 여기 상태로 남깁니다. 그러나 자연은 입자가 최소 에너지 상태 또는 바닥 상태를 가정하는 것을 선호합니다. 이를 위해 여기 된 핵은 과도한 에너지를 전자기 복사로 운반하는 감마선을 방출 할 수 있습니다. 감마선은 빛의 주파수보다 훨씬 더 높은 주파수를 가지므로 에너지 함량이 더 높습니다. 모든 형태의 전자기 복사와 마찬가지로 감마선은 빛의 속도로 이동합니다. 감마선 방출의 예는 코발트가 베타 붕괴를 거쳐 니켈이 될 때 발생합니다. 여기 된 니켈은 에너지의 바닥 상태로 떨어지기 위해 두 개의 감마선을 방출합니다.
특수 효과
흥분된 핵이 감마선을 방출하는 데 보통 시간이 거의 걸리지 않습니다. 그러나 특정 여기 된 핵은 "전이 가능"합니다. 즉, 감마선 방출을 지연시킬 수 있습니다. 지연은 1 초의 일부만 지속될 수 있지만 몇 분, 몇 시간, 몇 년 또는 그 이상으로 늘어날 수 있습니다. 이 지연은 핵의 회전이 감마 붕괴를 막을 때 발생합니다. 궤도를 도는 전자가 방출 된 감마선을 흡수하고 궤도에서 방출 될 때 또 다른 특수 효과가 발생합니다. 이것은 광전 효과로 알려져 있습니다.