Gamma-henfald:Den eneste rene-energi-emission i atomnedbrydning

Digital Vision./Digital Vision/Getty Images

Kernen i et atom er bygget af protoner og neutroner, selv sammensatte af kvarker. Hvert element har et fast protonantal, men isotoper er forskellige i neutrontal. Når en kerne kan nå en konfiguration med lavere energi, kan den forvandles til et andet element.

Radioaktivt henfald

Kvantemekanikken fortæller os, at en ustabil kerne i sidste ende vil kaste energi, men den kan ikke forudsige det nøjagtige henfaldsmoment for et enkelt atom. I stedet giver det en halveringstid:den gennemsnitlige tid, hvor en stor gruppe af identiske kerner vil henfalde. De første tre identificerede henfaldstilstande – alfa, beta og gamma – danner rygraden i radioaktivt henfald.

Partikelemission

Alfa-henfald udstøder en heliumkerne (to protoner og to neutroner). For eksempel udsender uran-238 (92p+146n) en alfapartikel for at blive thorium-234 (90p+144n). Beta-henfald omdanner en neutron til en proton, der udsender en elektron og en antineutrino. Kulstof-14 (6p+8n) gennemgår beta-henfald til nitrogen-14 (7p+7n).

Gammastråling

Efter alfa- eller beta-emission forbliver datterkernen ofte i en ophidset tilstand. For at nå sin grundtilstand frigiver kernen den overskydende energi som en gammastråle - en elektromagnetisk foton med en frekvens langt højere end synligt lys. Gammastråler rejser med lyshastighed og bærer kun energi, ingen ladning eller masse. Et klassisk tilfælde er kobolt-60, som beta-henfalder til nikkel-60 og derefter udsender to gamma-fotoner, når det sætter sig til sit laveste energiniveau.

Specialeffekter

De fleste ophidsede kerner udsender gammastråler næsten øjeblikkeligt, men nogle er "metastabile" og holder den overskydende energi i tider, der spænder fra brøkdele af et sekund til mange år - når en ændring i nuklear spin blokerer for øjeblikkelig gamma-emission. Når en omgivende elektron absorberer en gamma-foton, kan elektronen blive udstødt fra sin bane i den fotoelektriske effekt, hvilket illustrerer den intime forbindelse mellem nukleare og atomare processer.