Gamma-Zerfall
Der Gamma-Zerfall ist kein Kernzerfall im eigentlichen Sinne – die Kernzusammensetzung ändert sich nicht. Stattdessen gibt ein angeregter Kern überschüssige Energie als hochenergetisches Photon ab und wechselt in den Grundzustand. Gammastrahlung ist die durchdringendste ionisierende Strahlung und findet in der Medizin, der Materialprüfung und der Astrophysik vielfältige Anwendung.
Das bekannteste Beispiel der nuklearmedizinischen Anwendung ist Technetium-99m (⁹⁹ᵐTc). Das »m« steht für metastabil – ein isomerer Kernzustand mit Halbwertszeit von 6 Stunden. Beim Gamma-Zerfall emittiert es ein 140-keV-Photon, ideal für die Szintigraphie. Es entsteht aus dem Beta-Zerfall von Molybdän-99 und wird weltweit in über 40 Millionen Diagnostikverfahren pro Jahr eingesetzt. Die Versorgungssicherheit der ⁹⁹Mo-Produzenten ist eine kritische Infrastruktur der Medizin.
Gammastrahlung wird durch Materie exponentiell abgeschwächt, nicht vollständig gestoppt wie Alpha- oder Betastrahlung. Die Schwächung hängt von der Energie und dem Absorber ab: Blei (Dichte 11,3 g/cm³) ist der klassische Abschirmstoff. Die drei Wechselwirkungsmechanismen – Photoeffekt (dominiert bei < 0,1 MeV), Compton-Streuung (0,1–10 MeV) und Paarbildung (> 1,022 MeV) – bestimmen die Absorption. In der Materialprüfung ermöglicht Gamma-Radiographie die zerstörungsfreie Inspektion von Schweißnähten.
In der Astrophysik sind Gammaquellen spektakulär: Gammastrahlenblitze (GRB) sind die energiereichsten Explosionen seit dem Urknall, mit einer Leuchtkraft von 10⁴⁵ Watt für Sekunden bis Minuten. Die Erde wird täglich von kosmischer Gammastrahlung durchdrungen, abgeschirmt durch die Atmosphäre. Das Fermi-Gammateleskop kartiert den Himmel im Energiebereich 20 MeV bis 300 GeV und hat über 5.000 Quellen katalogisiert, darunter Pulsare, aktive Galaxienkerne und Dunkle-Materie-Kandidaten.