Nucleul unui atom este compus din protoni și neutroni, care sunt la rândul lor compuși din particule fundamentale cunoscute sub numele de quarcuri. Fiecare element are un număr caracteristic de protoni, dar poate lua o varietate de forme sau izotopi, fiecare cu un număr diferit de neutroni. Elementele se pot descompune în altele dacă procesul are ca rezultat o stare de energie mai mică. Radiația gamma este o emisie de descompunere a energiei pure.
Dezintegrare radioactivă
Legile fizicii cuantice prezic asta un atom instabil va pierde energie prin decădere, dar nu poate prognoza cu exactitate când un anumit atom va suferi acest proces. Cel mai mult pe care îl poate prezice fizica cuantică este timpul mediu pe care o colecție de particule îl va dura să se descompună. Primele trei tipuri de dezintegrare nucleară descoperite au fost denumite dezintegrare radioactivă și constau din decăderea alfa, beta și gamma. Dezintegrarea alfa și beta transmutează un element în altul și sunt adesea însoțite de dezintegrarea gamma, care eliberează excesul de energie din produsele de dezintegrare.
Emisia de particule
Dezintegrarea gamma este un produs secundar tipic al emisiei de particule nucleare. În dezintegrarea alfa, un atom instabil emite un nucleu de heliu format din doi protoni și doi neutroni. De exemplu, un izotop al uraniului are 92 de protoni și 146 de neutroni. Poate suferi dezintegrarea alfa, devenind elementul toriu și constând din 90 de protoni și 144 de neutroni. Dezintegrarea beta apare atunci când un neutron devine un proton, emițând un electron și antineutrino în acest proces. De exemplu, dezintegrarea beta transformă un izotop de carbon cu șase protoni și opt neutroni în azot conținând șapte protoni și șapte neutroni.
Radiații Gamma
Emisia de particule lasă adesea atomul rezultat într-o stare excitată. Cu toate acestea, natura preferă ca particulele să-și asume starea de cea mai mică energie sau starea de bază. În acest scop, un nucleu excitat poate emite o rază gamma care transportă surplusul de energie sub formă de radiație electromagnetică. Razele gamma au frecvențe mult mai mari decât cele ale luminii, ceea ce înseamnă că au un conținut de energie mai mare. Ca toate formele de radiații electromagnetice, razele gamma se mișcă cu viteza luminii. Un exemplu de emisie de raze gamma apare atunci când cobaltul este supus degradării beta pentru a deveni nichel. Nichelul excitat emite două raze gamma pentru a coborî la starea sa de bază a energiei.
Efecte speciale
De obicei, este nevoie de foarte puțin timp pentru ca un nucleu excitat să emită o rază gamma. Cu toate acestea, anumite nuclee excitate sunt „metastabile”, ceea ce înseamnă că pot întârzia emisia de raze gamma. Întârzierea poate dura doar o porțiune de secundă, dar se poate întinde pe parcursul a câteva minute, ore, ani sau chiar mai mult. Întârzierea apare atunci când rotirea nucleului interzice dezintegrarea gamma. Un alt efect special apare atunci când un electron orbitant absoarbe o rază gamma emisă și este ejectat de pe orbită. Acest lucru este cunoscut sub numele de efect fotoelectric.