Jadro atómu je zložené z protónov a neutrónov, ktoré sú zase zložené zo základných častíc známych ako kvarky. Každý prvok má charakteristický počet protónov, ale môže mať rôzne formy alebo izotopy, z ktorých každý má iný počet neutrónov. Prvky sa môžu rozpadnúť na iné, ak je výsledkom procesu stav s nižšou energiou. Gama žiarenie je rozpadová emisia čistej energie.
Rádioaktívny rozpad
Predpovedajú to zákony kvantovej fyziky nestabilný atóm stratí energiu rozpadom, ale nedokáže presne predpovedať, kedy konkrétny atóm podstúpi tento proces. To, čo kvantová fyzika dokáže predpovedať, je najviac priemerné množstvo času, ktoré trvá rozpad častice. Prvé tri objavené typy jadrového rozpadu boli nazvané rádioaktívny rozpad a pozostávajú z alfa, beta a gama rozpadu. Alfa a beta rozpad transmutujú jeden prvok na druhý a sú často sprevádzané gama rozpadom, ktorý uvoľňuje prebytočnú energiu z produktov rozkladu.
Emisie častíc
Rozklad gama je typickým vedľajším produktom emisie jadrových častíc. Pri rozpade alfa nestabilný atóm emituje jadro hélia pozostávajúce z dvoch protónov a dvoch neutrónov. Napríklad jeden izotop uránu má 92 protónov a 146 neutrónov. Môže podliehať rozkladu alfa, stáva sa prvkom tórium a skladá sa z 90 protónov a 144 neutrónov. Beta rozpad nastáva, keď sa z neutrónu stane protón, ktorý v procese emituje elektrón a antineutríno. Napríklad rozpad beta mení uhlíkový izotop so šiestimi protónmi a ôsmimi neutrónmi na dusík obsahujúci sedem protónov a sedem neutrónov.
Gama žiarenie
Emisia častíc často zanecháva výsledný atóm v excitovanom stave. Príroda však dáva prednosť tomu, aby častice nadobudli stav najmenej energie alebo základný stav. Za týmto účelom môže excitované jadro emitovať gama lúč, ktorý odnáša prebytočnú energiu ako elektromagnetické žiarenie. Gama lúče majú oveľa vyššie frekvencie ako svetelné, čo znamená, že majú vyšší obsah energie. Rovnako ako všetky formy elektromagnetického žiarenia sa gama lúče pohybujú rýchlosťou svetla. Príklad emisie gama žiarenia nastáva, keď kobalt prechádza beta rozpadom na nikel. Vzrušený nikel vydáva dva gama lúče, aby spadol do základného stavu energie.
Zvláštne efekty
Vybudované jadro zvyčajne trvá veľmi málo času, kým vydá gama lúč. Niektoré vzrušené jadrá sú však „metastabilné“, čo znamená, že môžu oneskoriť emisiu gama žiarenia. Oneskorenie môže trvať iba časť sekundy, ale môže sa natiahnuť na minúty, hodiny, roky alebo dokonca dlhšie. Oneskorenie nastane, keď rotácia jadra zakáže gama rozpad. Ďalší špeciálny efekt nastáva, keď obiehajúci elektrón absorbuje emitované gama lúče a je emitovaný z dráhy. Toto sa nazýva fotoelektrický efekt.