Jedro atoma sestavljajo protoni in nevtroni, ki pa so sestavljeni iz temeljnih delcev, znanih kot kvarki. Vsak element ima značilno število protonov, vendar ima lahko različne oblike ali izotope, vsak z različnim številom nevtronov. Elementi se lahko razpadejo v druge, če ima rezultat nižje energijsko stanje. Gama sevanje je razpadajoča emisija čiste energije.
Radioaktivni razpad
Zakoni kvantne fizike to napovedujejo nestabilen atom bo z razpadanjem izgubil energijo, vendar ne more natančno napovedati, kdaj bo določen atom podvržen temu procesu. Največ, kar lahko predvidi kvantna fizika, je povprečen čas, ko bo zbirka delcev propadla. Prve tri vrste odkritega jedrskega razpada so poimenovali radioaktivni razpad in so sestavljeni iz razpada alfa, beta in gama. Alfa in beta razpad pretvorijo en element v drugega in jih pogosto spremlja razpad gama, ki sprošča odvečno energijo iz produktov razpada.
Emisija delcev
Gama razpad je tipičen stranski produkt emisije jedrskih delcev. Pri alfa razpadu nestabilen atom odda helijevo jedro, sestavljeno iz dveh protonov in dveh nevtronov. Na primer, en izotop urana ima 92 protonov in 146 nevtronov. Lahko pretrpi alfa razpad, postane element torij in je sestavljen iz 90 protonov in 144 nevtronov. Beta razpad nastane, ko nevtron postane proton in pri tem odda elektron in antinevtrino. Na primer, beta razpad spremeni izotop ogljika s šestimi protoni in osmimi nevtroni v dušik, ki vsebuje sedem protonov in sedem nevtronov.
Gama sevanje
Emisija delcev pogosto pusti nastali atom v vznemirjenem stanju. Narava pa ima raje, da delci zavzamejo najmanj energijsko ali osnovno stanje. V ta namen lahko vznemirjeno jedro oddaja gama žarke, ki odvajajo odvečno energijo kot elektromagnetno sevanje. Gama žarki imajo veliko višje frekvence kot svetlobni, kar pomeni, da imajo večjo vsebnost energije. Kot vse oblike elektromagnetnega sevanja se tudi gama žarki gibljejo s svetlobno hitrostjo. Primer emisije gama žarkov se zgodi, ko kobalt beta razpade in postane nikelj. Vzbujeni nikelj odda dva gama žarka, da se spusti v osnovno stanje energije.
Posebni učinki
Običajno traja zelo malo časa, da vznemirjeno jedro odda žarke gama. Nekatera vzbujena jedra pa so "metastabilna", kar pomeni, da lahko upočasnijo oddajanje gama žarkov. Zamuda lahko traja le del sekunde, lahko pa se razteza v nekaj minutah, urah, letih ali celo dlje. Do zakasnitve pride, ko spin jedra prepove gama razpad. Drug poseben učinek se pojavi, ko elektron, ki kroži, absorbira oddani gama-žarke in ga izvrže iz orbite. To je znano kot fotoelektrični učinek.