De kern van een atoom bestaat uit protonen en neutronen, die op hun beurt weer bestaan ​​uit fundamentele deeltjes die bekend staan ​​als quarks. Elk element heeft een karakteristiek aantal protonen maar kan verschillende vormen aannemen, of isotopen, elk met een verschillend aantal neutronen. Elementen kunnen in andere vervallen als het proces resulteert in een lagere energietoestand. Gamma-straling is een vervuilingsuitstoot van pure energie.

Radioactief verval

De wetten van de kwantumfysica voorspellen dat een onstabiel atoom energie zal verliezen door verval, maar niet precies kan voorspellen wanneer een bepaald atoom dit zal ondergaan werkwijze. Het meest dat de kwantumfysica kan voorspellen, is de gemiddelde hoeveelheid tijd die een verzameling deeltjes nodig heeft om te vervallen. De eerste drie soorten nucleair verval die werden ontdekt, waren nagesynchroniseerd radioactief verval en bestaan ​​uit het alfa-, bèta- en gamma-verval. Alfa- en bèta-verval transmuteren het ene element in het andere en gaan vaak gepaard met gamma-verval, dat overtollige energie vrijmaakt uit de vervalproducten.

Deeltjesemissie

Gamma-verval is een typisch bijproduct van de uitstoot van nucleaire deeltjes . Bij alfa-verval produceert een onstabiel atoom een ​​heliumkern bestaande uit twee protonen en twee neutronen. Eén isotoop van uranium heeft bijvoorbeeld 92 protonen en 146 neutronen. Het kan alfa-verval ondergaan, het element thorium worden en bestaat uit 90 protonen en 144 neutronen. Bèta-verval treedt op wanneer een neutron een proton wordt en daarbij een elektron en antineutrino afgeeft. Bijvoorbeeld, beta-verval verandert een koolstofisotoop met zes protonen en acht neutronen in stikstof die zeven protonen en zeven neutronen bevat.

Gammastraling

Deeltjesemissie laat het resulterende atoom vaak in een aangeslagen toestand achter. De natuur geeft er echter de voorkeur aan dat deeltjes de staat van de minste energie of grondtoestand aannemen. Hiertoe kan een geëxciteerde kern een gammastraal afgeven die de overtollige energie wegneemt als elektromagnetische straling. Gamma-stralen hebben veel hogere frequenties dan die van licht, wat betekent dat ze een hogere energie-inhoud hebben. Zoals alle vormen van elektromagnetische straling bewegen gammastralen met de snelheid van het licht. Een voorbeeld van gammastraalemissie treedt op wanneer kobalt bèta-verval ondergaat om nikkel te worden. Het opgewonden nikkel geeft twee gammastralen af ​​om omlaag te vallen naar de grondtoestand van energie.

Speciale effecten

Het kost doorgaans een kleine tijd voordat een geëxciteerde kern een gammastraal uitzendt. Bepaalde geëxciteerde kernen zijn echter "metastabiel", wat betekent dat ze gammastralingsemissie kunnen vertragen. De vertraging kan slechts een deel van een seconde duren, maar kan zich over minuten, uren, jaren of zelfs langer uitstrekken. De vertraging treedt op wanneer de spin van de kern gamma-verval verbiedt. Een ander speciaal effect treedt op wanneer een in een baan omringend elektron een uitgezonden gammastraal absorbeert en uit een baan wordt uitgestoten. Dit staat bekend als het foto-elektrische effect.