Formazione raggi gamma: decadimento nucleare, fissione e processi di fusione

Origine della radiazione gamma

I raggi gamma (γ) sono fotoni ad alta energia (≥100 keV) emessi dal nucleo durante de-eccitazione.

Meccanismi primari

1. Decadimento radioattivo (Transizione isomerica):
   • Nucleo genitore decade (α, β⁻, β⁺, EC) → nucleo figlio in stato eccitato.
   • Figlio rilascia energia in eccesso via emissione γ (es. ⁹⁹ᵐTc → ⁹⁹Tc + 140 keV γ).
2. Fissione nucleare:
   • Nucleo pesante (²³⁵U, ²³⁹Pu) si scinde → frammenti fissione (altamente eccitati) → raggi γ prompt (range MeV) + catene decadimento β/γ.
3. Fusione nucleare:
   • Nuclei leggeri fondono (D-T → ⁴He + n + 17,6 MeV). Energia condivisa come cinetica + γ (bremsstrahlung, de-eccitazione nucleare).
4. Acceleratori particelle / Reazioni:
   • Reazioni cattura (p,γ), (n,γ); bremsstrahlung da elettroni alta energia.
5. Cosmici / Astrofisici:
   • Supernove, pulsar, AGN, GRB – processi non-termici e nucleari.

Caratteristiche chiave

• Nessuna massa, nessuna carica → alta penetrazione (cm piombo, m cemento).
• Ionizzanti → danno DNA, malattia da radiazioni, rischio cancro.
• Usati in: radioterapia (⁶⁰Co, linac), sterilizzazione, radiografia industriale, PET (γ annichilazione 511 keV), nucleare forense.

Comprendere l'origine γ è fondamentale per radioprotezione, ingegneria nucleare, astrofisica.