Física Nuclear

Independência da Carga

A interação nuclear é independente da carga elétrica, isto é, atua igualmente entre prótons (interação p-p), entre nêutrons (interação n-n) e entre prótons e nêutrons (interação p-n). A estabilidade do dêuteron, o núcleo com um nêutron e um próton, permite concluir que existe interação nuclear entre nêutrons e prótons. O número de nêutrons cresce mais rapidamente que o número de prótons para núcleos estáveis não muito pequenos, como pode ser visto na tabela dos núcleos conhecidos. Isto permite concluir que existe interação nuclear entre nêutrons. Com o crescimento do número de prótons, cresce o efeito antiestabilizante da repulsão coulombiana. Esse crescimento só pode ser contrabalançado pelo crescimento do efeito estabilizante da interação nuclear. Como cada núcleon interage apenas com um número limitado de outros núcleons, o excesso de nêutrons só pode contribuir para o crescimento do efeito estabilizante se existe interação nuclear entre nêutrons. Para núcleos estáveis pequenos, o número de nêutrons cresce junto com o número de prótons, como pode ser visto na tabela dos núcleos conhecidos. Este fato mais a existência de interação nuclear entre nêutrons permite concluir que existe interação nuclear também entre prótons e com a mesma intensidade. Se não existisse interação nuclear entre prótons ou se a interação nuclear entre nêutrons fosse mais intensa do que a interação nuclear entre prótons, os núcleos estáveis pequenos deveriam conter um número maior de nêutrons do que de prótons e não um número aproximadamente igual de nêutrons e prótons como, realmente, acontece.
A independência da carga nas interações nucleares é, também, corroborada pelo fato de que os resultados dos experimentos de espalhamento de prótons pelo núcleo são idênticos aos resultados dos experimentos de espalhamento de nêutrons.

Caráter Não Central

A interação nuclear depende da orientação dos spins dos núcleons relativamente à reta que passa pelos núcleons.

Fórmula Semi-Empírica da Energia de Ligação

Com o passar do tempo e na ausência de uma teoria detalhada para descrever a estrutura nuclear, vários modelos foram desenvolvidos, cada qual correlacionando os dados experimentais de um conjunto mais ou menos limitado de fenômenos nucleares. Entre os modelos formulados estão o modelo de gás de Fermi, o modelo uniforme, o modelo de partícula a, o modelo da gota líquida e o modelo nuclear de camadas. Com o modelo da gota líquida, em particular, foi desenvolvida a seguinte fórmula semi-empírica para o cálculo da energia de ligação nuclear:

E = a_V A - a_C Z ( Z - 1 ) A^-1/3 - a_S A^2/3 - a_R ( A - 2Z )² A-1 + a_PI A^-1

onde um dos possíveis conjuntos de valores (em MeV) para as constantesa_V, a_C, a_S, a_R e a_PI, obtidos por ajustes de curvas experimentais, é:

a_V = 14,0	a_C = 0,584	a_S = 13,1	a_R = 19,4	a_PI = 135

com = +1 para núcleos par-par (Z par e N par), = 0 para núcleos par-ímpar (Z par e N ímpar ou Z ímpar e N par) e d = -1 para núcleos ímpar-ímpar (Z ímpar e N ímpar).

O primeiro termo do lado direto da expressão dada corresponde ao termo de volume, proporcional ao número de núcleons A, e está associado ao fato de ser mais ou menos constante a energia de ligação por núcleon ou, o que dá no mesmo, ao fato de que cada núcleon interage apenas com um número limitado e fixo de outros núcleons.

O segundo termo corresponde ao termo coulombiano, associado à repulsão eletrostática entre os prótons do núcleo, e aparece com o sinal negativo porque o efeito de repulsão tende a diminuir a energia de ligação. Como os prótons interagem aos pares, esse termo é proporcional ao número de pares de prótons do núcleo, Z ( Z - 1 ), e como a interação é tanto menor quanto maior a distância entre os prótons, esse termo é inversamente proporcional ao raio do núcleo, ou seja, inversamente proporcional a A^1/3.

O terceiro termo corresponde ao termo de superfície e está associado ao número de núcleons da superfície do núcleo. Se os núcleons do interior do núcleo interagem com um dado número de outros núcleons, os núcleons da superfície interagem, em média, com a metade desse número. Como se considerou, no primeiro termo, que todos os núcleons interagem com igual número de outros núcleons, deve-se descontar um termo proporcional ao número de núcleons da superfície ou à área da superfície, ou seja, ao quadrado do raio, A^2/3.

O quarto termo corresponde ao termo de simetria. Para um dado valor de A, existe um valor de Z que corresponde ao núcleo mais estável. Para núcleos pequenos, onde o efeito da repulsão coulombiana é pequeno, esse valor é Z = A / 2 ou 2Z = A. Assim, na ausência da repulsão coulombiana, valores de A diferentes de 2Z levam a menor estabilidade, ou seja, a um valor menor para a energia de ligação nuclear e esse efeito é representado, então, por ( A - 2Z )². O quadrado serve para garantir que tanto e excesso de nêutrons quanto o excesso de prótons levem a uma menor estabilidade. Finalmente, o quinto e último termo, que corresponde ao seguinte efeito. Dos núcleos estáveis, aqueles com número par de prótons e nêutrons são os mais abundantes e, presumivelmente, os mais estáveis. Núcleos com número ímpar de prótons e nêutrons são os menos estáveis.

Decaimento

A fórmula semi-empírica da energia de ligação nuclear permite, entre outras coisas, a discussão da estabilidade dos núcleos isóbaros e do decaimento b. Como primeiro exemplo, sejam os seguintes núcleos isóbaros com número de massa A = 73 (ímpar): zinco, gálio, germânio, arsênico e selênio, cujas energias de ligação (em MeV) aparecem na tabela a seguir onde aparecem, também, os correspondentes valores absolutos (em MeV) dos vários termos da fórmula semi-empírica da energia de ligação.

Elemento	⁷³Zn₃₀	⁷³Ga₃₁	⁷³Ge₃₂	⁷³As₃₃	⁷³Se₃₄
a_V A	1022,000	1022,000	1022,000	1022,000	1022,000
a_C Z ( Z - 1 ) A^-1/3	121,579	129,964	138,628	147,572	156,795
a_S A^2/3	228,818	228,818	228,818	228,818	228,818
a_R ( A - 2Z ) ² A^-1	44,912	32,156	21,526	13,022	6,644
a_PI A^-1	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
E	626,691	631,062	633,028	632,588	629,743

O gráfico da energia de ligação em função de Z é uma parábola. O núcleo germânio 73 é o mais estável porque tem a maior energia de ligação e aparece mais próximo do vértice da parábola. Os isóbaros com energia de ligação menor aparecem nos ramos da parábola e podem decair por emissão de um elétron (decaimento -), por emissão de um pósitron (decaimento +) ou por captura eletrônica (captura K). Os isóbaros com número atômico menor que o número atômico do isóbaro mais estável (ramo esquerdo) decaem por emissão de um elétron (decaimento -):

⁷³Zn₃₀ ⁷³Ga₃₁ ⁷³Ge₃₂ (estável)

Em termos dos núcleons, o decaimento b- é a transformação de um nêutron num próton, com a emissão de um elétron e um antineutrino:

n ---> p + e^- + n*

Analogamente, os isóbaros com número atômico maior que o número atômico do isóbaro mais estável (ramo direito) decaem por emissão de um pósitron (decaimento +) ou por captura K ou por ambos:

⁷³Se₃₄ ⁷³As₃₃ ⁷³Ge₃₂ (estável)

Em termos dos núcleons, o decaimento b+ é a transformação de um próton num nêutron, com a emissão de um pósitron e um neutrino:

p ---> n + e⁺ +

A captura eletrônica é a captura, pelo núcleo atômico, de um elétron orbital. Se um elétron da camada K é capturado, o processo é chamado captura K. Elétrons de outras camadas podem ser capturados, mas com probabilidades menores. Em termos elementares, a captura eletrônica fica:

p + e^- ---> n +

Para isóbaros com número de massa A par, a discussão é um pouco diferente por causa do termo par-ímpar da fórmula semi-empírica da energia de ligação. Esse termo é positivo para núcleos par-par e negativo para núcleos ímpar-ímpar, de modo que existem duas parábolas. Como exemplo, sejam os seguintes núcleos isóbaros com A = 64 (par): cobalto,níquel, cobre, zinco e gálio, cujas energias de ligação (em MeV) aparecem na tabela a seguir, onde aparecem, também, os correspondentes valores absolutos (em Mev) dos vários termos da fórmula semi-empírica da energia de ligação.

Elemento	⁶⁴Co₂₇	⁶⁴Ni₂₈	⁶⁴Cu₂₉	⁶⁴Zn₃₀	⁶⁴Ga₃₁
a_V A	896,000	896,000	896,000	896,000	896,000
a_C Z ( Z - 1 ) A^-1/3	102,492	110,376	118,552	127,020	140,306
a_S A^2/3	209,600	209,600	209,600	209,600	209,600
a_R ( A - 2Z ) ² A^-1	30,313	19,400	10,913	4,850	1,213
a_PI A^-1	(-) 2,109	(+) 2,109	(-) 2,109	(+) 2,109	(-) 2,109
E	551,486	558,733	554,826	556,639	542,772

A curva inferior corresponde aos núcleos ímpar-ímpar e a curva superior, aos núcleos par-par. Portanto, os primeiros são instáveis em relação aos segundos. Pela curva correspondente aos núcleos par-par pode-se observar que existem dois isóbaros estáveis com números atômicos diferindo por duas unidades. Os núcleos com Z menor do que o Z do estado mais estável decaem por emissão de elétron (decaimento -) e os núcleos com Z maior que o Z de um dos núcleos mais estáveis decaem por emissão de pósitron (decaimento +), captura K ou ambos. O isóbaro mais próximo do vértice da parábola ímpar-ímpar pode decair por -, + ou captura K.

Fórmula Semi-Empírica de Massa

A massa de um núcleo com Z prótons e ( A - Z ) nêutrons é dada por:

M_z,a = Zm_p + ( A - Z )m_n - E / c²

onde m_p e m_N são, respectivamente, as massas do próton e do nêutron. Com a fórmula acima para a energia de ligação, vem:

M_z,a = Zm_p + ( A - Z )m_n - ( 1 / c² ) [ a_V A - aC Z ( Z - 1 ) A^-1/3 - a_S A^2/3 - a_R ( A - 2Z )² A^-1 + a_PI A^-1 ]

Esta é a fórmula semi-empírica de massa.

Espectrômetro de Massa

Com o espectrômetro de massa determina-se massas atômicas com grande precisão permitindo, inclusive, distinguir as massas dos isótopos de um mesmo elemento. E descontando-se a massa dos elétrons, determina-se, então, as massas dos núcleos correspondentes. No espectrômetro esquematizado, uma fonte produz íons com carga elétrica Ze (positiva) e massa M e velocidades variadas. Os íons entram numa região com um campo elétrico uniforme e um campo magnético também uniforme, perpendiculares entre si, constituindo um filtro de velocidade. Desprezando-se a força peso, sobre os íons atuam uma força elétrica e uma força magnética de mesma direção e sentidos contrários, com módulos dados, respectivamente, por ZeE e ZevB. Atravessam o filtro apenas os íons para os quais a força magnética e a força elétrica se cancelam mutuamente, isto é, íons com velocidade bem determinada, de módulo v tal que:

ZeE = ZevB

ou:

v = E / B

Saindo do filtro, esses íons entram numa região onde existe apenas o campo magnético uniforme, de forma que percorrem trajetórias circulares de raio R sob o efeito da força magnética, que faz o papel de força centrípeta. Assim:

Mv² / R = ZevB

Das duas últimas expressões vem:

M = ZeRB² / E

Como se conhece a valor absoluto da carga do elétron, e, e o valor de Z, e se mede R, B e E, essa expressão permite determinar M, a massa dos íons.

Câmara de Bolhas

A câmara de bolhas permite visualizar as trajetórias das partículas emitidas pelos materiais radioativos. A câmara de bolhas consiste de uma cavidade cujo volume pode ser controlado por um pistão. Na cavidade existe certa substância em parte no estado líquido e em parte no estado de vapor e um gás. No equilíbrio, o gás fica saturado de vapor. A quantidade de vapor que pode se misturar ao gás em questão no equilíbrio depende da temperatura da mistura. Se esta temperatura diminui rapidamente, o gás, antes saturado, fica, agora, supersaturado, e parte do vapor passa ao estado líquido, condensando-se em pequenas gotas. A condensação do vapor em gotas é mais provável ao redor de partículas, que funcionam como centros de condensação. Em particular, partículas ionizadas são ótimos centros de condensação. As gotículas podem ser observadas ou fotografadas a medida em que vão se formando iluminando-se a cavidade por uma janela. Uma partícula ionizada movendo-se através da cavidade deixa um rastro de gotículas e, desse modo, fica marcada sua trajetória.

Quando o pistão é abaixado rapidamente, o volume da cavidade aumenta também rapidamente, a mistura de gás e vapor se expande adiabaticamente, sua temperatura diminui, o gás fica supersaturado e o vapor fica pronto para se condensar em gotículas. Se uma amostra de material radioativo é colocada na cavidade, aparecem, provenientes dela, feixes de partículas e e de fótons . Os íons produzidos por estas partículas e fótons é que funcionam como centros de condensação. A capacidade de produzir íons depende, em grande parte, da massa da partícula e da sua carga.

As partículas produzem mais íons. As partículas , no seu movimento através da cavidade, interagem praticamente apenas com os elétrons dos átomos que constituem as moléculas do gás e do vapor presentes. Por isso e porque sua massa é muito maior que a massa dos elétrons, as partículas a mantêm trajetórias retilíneas.

As partículas interagem também apenas com os elétrons dos átomos que constituem as moléculas do gás e do vapor e como as massas são comparáveis, as partículas têm muito maior probabilidade de sofrer desvios do que as partículas .

Desintegração Radioativa

A maior parte dos núcleos são instáveis, ou seja, as respectivas combinações de prótons e nêutrons não originam configurações nucleares estáveis. Esses núcleos, chamados radioativos, se transformam pela emissão de partículas a, elétrons, pósitrons, neutrinos e radiação eletromagnética (fótons ).

Na tabela de núcleos, cada núcleo é representado por um ponto (pequeno quadrado). Por exemplo, o urânio 238 é representado pelo ponto correspondente a 92 no eixo horizontal (eixo do número de prótons ou número atômico, Z) e 238 - 92 = 146 no eixo vertical (eixo do número de nêutrons, N). Os núcleos associados aos pontos de uma mesma coluna são os isótopos do elemento com o número atômico correspondente. Os núcleos associados aos pontos da reta marcada Z = N são aqueles para os quais o número de prótons é igual ao número de nêutrons. Alguns núcleos estáveis pequenos têm Z = N.

Uma característica importante dos núcleos é a sua razão N / Z. Para o hidrogênio 2 (Z = 1) e o hélio 4 (Z = 2), N / Z = 1, para o ferro 56 (Z = 26), N / Z = 30 / 26 = 1,16 e para o bismuto 209 (Z = 83), N / Z = 126 / 83 = 1,25. Todos são núcleos estáveis. Com o aumento do número atômico dos núcleos estáveis, aumenta o valor da razão N / Z. A curva que marca a tendência dos pontos associados aos núcleos estáveis é chamada curva de estabilidade. A inclinação dessa curva representa a razão N / Z. De modo geral, os núcleos radioativos tendem a decair produzindo núcleos estáveis, isto é, núcleos associados a pontos fora da curva de estabilidade tendem a se transformar em núcleos associados a pontos na curva de estabilidade.

Núcleos radioativos associados a pontos localizados abaixo e à esquerda da curva de estabilidade têm razões N / Z muito grandes para serem estáveis. Esses núcleos, como o núcleo da prata 111 (Z = 47), por exemplo, têm excesso de nêutrons. O ponto associado ao núcleo filho vai estar mais perto da curva de estabilidade se o núcleo da prata 111 emitir um elétron, reduzindo o número de nêutrons e aumentando o número de prótons [decaimento ]. Com uma probabilidade muito pequena pode acontecer diretamente a emissão de um nêutron, como no caso do kriptônio 87:

⁸⁷Kr₃₆ ---> ⁸⁶Kr₃₆ + n

Núcleos radioativos associados a pontos localizados acima e à direita da curva de estabilidade têm razões N / Z muito pequenas para serem estáveis. Esses núcleos têm excesso de prótons e tendem a decair emitindo uma partícula [decaimento ] ou um pósitron [decaimento ]. Núcleos grandes, como o urânio 235 e o urânio 238, têm maior probabilidade de ajustar a razão N / Z reduzindo o número de nêutrons e o número de prótons ao mesmo tempo, ou seja, emitindo partículas . Núcleos menores tendem a aumentar o número de nêutrons e reduzir o número de prótons ao mesmo tempo e o fazem emitindo pósitrons.

Decaimento

No decaimento a, o núcleo pai emite uma partícula a, ou seja, um núcleo de hélio 4, ou seja, ⁴He₂, composto de dois prótons e dois nêutrons. Assim, quando um núcleo emite uma dessas partículas, seu número atômico diminui de duas unidades e o seu número de massa, de quatro unidades:

^AX_Z ---> ^{A - 4}Y_{Z - 2} + ⁴He₂

ou:

^AX_Z ---> ^{A - 4}Y_{Z - 2} + a

O núcleo ^AX_Z é chamado núcleo pai e o núcleo ^{A - 4}Y_{Z - 2} é chamado núcleo filho. Por exemplo:

²³²U₉₂ ---> ²²⁸Th₉₀ + ⁴He₂

Os núcleos emissores de partícula a são, principalmente, aqueles com grande número de massa, onde a repulsão coulombiana entre os prótons é muito grande. O mesmo tipo de núcleo pode emitir partículas a com diferentes energias porque o núcleo filho pode estar no estado fundamental ou em um estado excitado. Se o núcleo filho está em um estado excitado ele passa, posteriormente, ao estado fundamental, por emissão de radiação eletromagnética (radiação ). Assim, o decaimento a pode ser acompanhado de decaimento . Normalmente as partículas a podem ser bloqueadas por uma folha de papel.

A energia liberada no decaimento a pode ser calculada pela seguinte expressão, que vem diretamente do princípio de conservação da energia:

Q = [ M_X - M_Y - m_a ] c²

onde M_X, M_Y e ma são, respectivamente, as massas do núcleo pai, do núcleo filho e da partícula . Para a reação de decaimento do urânio 232 dada acima, como:

M_U = 232,1095 u
M_Th = 228,0998 u
m_aa = 4,0026 u

uc = 931, 4815 MeV
vem:

Q = [ 232,1095 - 228,0998 - 4,0026 ] ( 931,4815 MeV ) = 6,6135 MeV

O valor positivo para a energia liberada significa que o processo pode ocorrer espontaneamente. Esta energia fica distribuída entre o núcleo filho e a partícula a em proporções diferentes. Para calcular estas proporções, suponha-se o núcleo pai em repouso no momento do decaimento e o núcleo filho no seu estado fundamental. Então, o princípio de conservação da energia fornece:

Q = K_Y + K_a

onde:

KY = ½ M_Y v_Y² e Ka = ½ m_a v_a2

O princípio de conservação da quantidade de movimento fornece:

M_Y v_Y = m_a v_a

Isolando vY desta expressão e colocando na outra, vem:

Q = K_a [ m_a / MY + 1 ]

e daí:

K_a = QM_Y / [ m_a + M_Y ]

E desta expressão, com va da expressão da conservação da quantidade de movimento, segue-se que:

K_Y = Qm_a / [ m_a + M_Y ]

Assim, as energias cinéticas da partícula a e do núcleo filho são inversamente proporcionais às respectivas massas. Isso fica mais claro dividindo-se uma pela outra as expressões acima, resultando K_a / K_Y = M_Y / ma. Portanto, para a reação de decaimento do urânio 232 dada acima, as energias cinéticas da partícula a e do núcleo filho, ficam:

K_a = ( 6,6135 MeV )( 228,0998 u ) / [ 228,0998 u + 4,0026 u ] = 6,4995 MeV

K_Th = ( 6,6135 MeV ) ( 4,0026 u ) / [ 228,0998 u + 4,0026 u ] = 0,1140 MeV

Nenhum núcleo decai espontaneamente com emissão de prótons, nêutrons, dêuterons ou qualquer outro tipo de grupo de núcleons porque os correspondentes valores de Q são negativos. Por exemplo, para o processo:

²³²U₉₂ ---> ²³¹U₉₂ + n

com:

M_U232 = 232,1095 u
M_U231 = 231,1082 u
m_n = 1,0087 u

vem:

Q = [ 232,1095 - 231,1082 - 1,0087 ] ( 931,4556 MeV ) = - 6,8928 MeV

Portanto, o urânio 232 é estável em relação ao decaimento pela emissão de um nêutron. As desintegrações mencionadas acima só podem ocorrer com o fornecimento de energia para o núcleo pai para levá-lo a um estado excitado. Esse tipo de processo é o que mais propriamente se chama de reação nuclear.

Decaimento

Quando o número de nêutrons é grande comparado ao número de prótons, o núcleo correspondente pode ser instável e o número de nêutrons pode ser diminuído pela transformação de um nêutron num próton. Essa transformação é acompanhada da emissão de um elétron e de um anti-neutrino:

n ---> p + e- + *

O núcleo filho tem o mesmo número de massa que o núcleo pai, mas um número atômico com uma unidade a mais:

^AX_Z ---> ^AY_{Z + 1} + e^- + *

Exemplo:

¹⁴C₆ ---> ¹⁴N₇ + e^- + *

Um nêutron livre, isto é, não pertencente a qualquer núcleo, decai segundo a equação n ---> p + e- + * com uma meia vida de cerca de 12 minutos.

Quando o número de prótons é relativamente grande comparado ao número de nêutrons, o núcleo correspondente pode ser instável e o número de prótons pode ser diminuído pela transformação de um próton num nêutron. Essa transformação é acompanhada da emissão de um pósitron (partícula idêntica ao elétron, exceto pela carga, que é positiva) e de um neutrino:

p ---> n + e⁺ +

O núcleo filho tem o mesmo número de massa que o núcleo pai, mas um número atômico com uma unidade a menos:

^AX_Z ---> ^AY_{Z - 1} + e⁺ +

Exemplo:

¹¹C₆ ---> ¹¹B₅ + e⁺ +

O núcleo filho resultante do decaimento pode estar no estado fundamental ou num estado excitado. Neste último caso, o processo é seguido de decaimento .

Uma característica interessante do decaimento é que os elétrons e antineutrinos ou os pósitrons e neutrinos são emitidos com um espectro contínuo de energia, ou seja, cada tipo de partícula pode ter um valor de energia dentro de certo intervalo que vai de zero até um valor máximo compatível com o princípio de conservação da energia. Quanto maior a energia do elétron (pósitron) emitido, menor a energia do antineutrino (neutrino) emitido. Quando o elétron (pósitron) tem a energia máxima, não existe antineutrino (neutrino) emitido. Em processos de dois corpos, como o decaimento a, os princípios de conservação da energia e da quantidade de movimento exigem que, no referencial do centro de massa, onde o núcleo pai está em repouso, a energia liberada seja dividida entre o núcleo filho e a única partícula emitida numa proporção fixa.

Os elétrons e pósitrons associados ao decaimento , em sua grande maioria, podem ser bloqueados por uma lâmina de alumínio de cerca de 6 mm de espessura.

Captura Eletrônica

Os elétrons das camadas mais internas dos átomos podem se aproximar bastante do núcleo. Em particular, a camada K, que é a mais interna. Um próton do núcleo pode capturar um desses elétrons e o processo se chama captura eletrônica. Se o elétron capturado estava na camada K, o processo é chamado captura K. O resultado é a substituição de um próton do núcleo por um nêutron:

^AAX_Z + e^- ---> ^AY_{Z -

1} +

ou, em termos elementares:

p + e^- ---> n +

A captura eletrônica é seguida pela emissão de radiação eletromagnética (raios x) pelo núcleo filho, resultante da passagem de um dos elétrons das camadas mais externas à lacuna da camada interior deixada pelo elétron capturado. O efeito da captura eletrônica é a mudança de um próton em um nêutron e nesse sentido o seu efeito sobre o núcleo é idêntico ao efeito produzido pela emissão +. Exemplo:

⁴⁸V₂₃ + e^- ---> ⁴⁸Ti₂₂ +

⁴⁸V₂₃ ---> ⁴⁸Ti₂₂+ e⁺ +

O vanádio 48 se transforma em titânio 48 algumas vezes por captura K e algumas vezes por decaimento +.

Decaimento

O decaimento g é a emissão de radiação eletromagnética com freqüências muito elevadas, na porção do espectro eletromagnético correspondente aos raios g, causada por um rearranjo dos prótons em um núcleo. Pode acontecer, por exemplo, quando um núcleo sofre decaimento a ou b, deixando o núcleo filho em um estado excitado. Este, então, ao passar ao estado fundamental, emite radiação g. De modo geral, o núcleo filho permanece no estado excitado, antes de emitir o fóton, por cerca de 10-12 segundos. Um fóton g tem massa (de repouso) nula e carga também nula, de modo que a emissão de um fóton g por um núcleo não tem efeito sobre o seu número atômico nem sobre o seu número de massa. Os fótons g emitidos por núcleos radioativos têm energias entre 10-3 a 1 MeV e podem ser bloqueados por uma lâmina de chumbo com vários centímetros de espessura.