Záření γ je elektromagnetické záření (fotony) s velmi krátkou vlnovou délkou řádu 10^-11 až 10^-13 m. Vzniká při jaderných reakcích nebo radioaktivní přeměně přechodem jádra z vyššího do nižšího energetického stavu, přičemž se jádro zbavuje své excitační energie.

Záření γ .  

Čistých gama zářičů je málo, záření gama obvykle doprovází alfa nebo beta záření. Energie fotonů gama záření je dána vztahem:

h - Planckova konstanta, 6,64.10^-3 J.s;

c - rychlost elektromagnetického záření ve vakuu, 3.10⁸ m.s^-1;

λ - vlnová délka záření.

Záření gama má čárové spektrum, to znamená, že daný radionuklid emituje pouze fotony s určitými energiemi, které jsou pro jeho přeměnu charakteristické. U prakticky používaných zdrojů záření gama činí jeho energie desítky keV až jednotky MeV. K nejčastěji používaným zdrojům gama záření patří kobalt ⁶⁰Co, cesium ¹³⁷Cs a iridium ¹⁹²Ir.

Interakce gama záření s hmotným prostředím se výrazně odlišuje od interakce elektricky nabitých částic. Při průchodu prostředím uvolňují fotony elektricky nabité částice a předávají jim energii dodatečnou k tomu, aby byly schopné prostředí ionizovat a excitovat. Záření γ interaguje s prostředím nepřímo, pomocí fotoelektrického jevu, Comptonova rozptylu a tvorby elektron-pozitronových párů.

Fotoelektrický jev

Foton gama záření předá veškerou svou energii elektronu v atomovém obalu a tím (je-li tato energie větší než výstupní práce elektronu) elektron z obalu uvolní. Je-li elektron uvolněn z některého vnitřního orbitu, zaplní se uprázdněné místo elektronem z vyššího orbitu a přebytek energie se vyzáří ve formě fotonu. Ten má však velmi malou energii a většinou se pohltí se v okolním materiálu. Z tohoto důvodu lze fotoefekt považovat za téměř úplnou absorpci gama záření. Pravděpodobnost fotoefektu se zmenšuje s rostoucí energií gama záření a roste s protonovým číslem materiálu. Projevuje se tedy hlavně u fotonů s nižší energií (řádově několik keV) a látek s vysokým protonovým číslem.

Fotoelektrický jev.

Comptonův rozptyl

Je to interakce fotonů gama záření s volnými nebo jen velmi slabě vázanými elektrony (na rozdíl od  fotoefektu, kde se jedná o interakci fotonu s pevně vázaným elektronem). Foton gama záření předá část své energie volnému elektronu a posune ho. Rozptýlený foton pak s nižší energií (tj. větší vlnovou délkou) pokračuje v pohybu v odlišném směru. Rozptyl sekundárních fotonů kolísá v intervalu 0° až 180° a jejich energie je závislá na úhlu rozptylu. Comptonův rozptyl je převládajícím typem interakce gama záření středních energií s látkami s malým protonovým číslem. Pro úhel ψ = 180°, tedy pro zpětný rozptyl, je pokles energie primárního fotonu největší. Děj se může několikrát opakovat, až foton ztratí tolik energie, že převládne pravděpodobnost jeho zániku fotoelektrickým jevem. 

Comptonův rozptyl.

Tvorba elektron-pozitronových párů

Tvorba elektron-pozitronových párů se uplatňuje při vysokých energiích záření γ a u absorpčních materiálů s vysokým protonovým číslem. Dochází k tomu, že v blízkosti atomového jádra nebo jiné částice se energie elektromagnetického záření zcela přemění na částice elektron a pozitron s  kinetickými energiemi E_e a E_p. Přítomnost jádra nebo třetí částice je nutná k převzetí části hybnosti fotonu, protože součet hybností vzniklého páru elektron-pozitron je menší. 

K tomuto typu interakce je nezbytné, aby energie fotonu záření γ byla větší než energie odpovídající dvěma klidovým hmotnostem elektronu, tedy větší než 2 . 0,51 MeV = 1,02 MeV. Prakticky však dochází k tomuto typu interakce až při energiích značně vyšších. Vzniklé částice ( elektron a pozitron) ztrácejí pak dále svou kinetickou energii ionizací a excitací atomu prostředí. Když pozitron sníží svou energii až na hodnoty odpovídající rychlostem tepelného pohybu, spojí se s libovolným elektronem, přičemž se jejich hmotnost přemění na energii elektromagnetického záření. Nejčastěji vznikají dvě kvanta záření, každé o energii 0,51 MeV, odpovídající energetickému ekvivalentu klidové hmotnosti elektronu. Tato kvanta se pohybují vzájemně opačným směrem. Doba života pozitronu je kolem 10^-7 s.

Tvorba elektron-pozitronových párů.

Pravděpodobnost výskytu jedné ze tří výše uvedených možností interakce záření γ s látkou závisí na energii záření. Veličina, která charakterizuje pravděpodobnost vzniku určité interakce v daném případě, se nazývá účinný průřez. Tak například při ozařování látek s vysokým protonovým číslem gama zářením o energii řádově v kiloelektronvoltech má vysoký účinný průřez fotoefekt a nízký účinný průřez Comptonův rozptyl a tvorba párů. Účinný průřez závisí na protonovém čísle ozařované látky a výrazně na energii záření.

Záření γ při průchodu absorbujícím prostředím tedy ionizuje nepřímo, prostřednictvím sekundárních elektronů vzniklých při interakci záření γ s prostředím. Měrná ionizační ztráta záření γ je poměrně malá. Proto má záření γ mnohem větší pronikavost než jiné druhy záření. Pro stínění záření γ jsou tudíž nutné materiály s vysokým protonovým číslem.