Fiecare element are unul sau mai mulți izotopi cu nuclei instabili, care pot suferi dezintegrare radioactivă. În acest proces, nucleul poate elibera particule sau radiații electromagnetice. Când raza nucleului este mai mare decât raza de acțiune a forței puternice, se poate produce dezintegrare radioactivă, iar raza de acțiune a forței puternice este de doar câțiva femtometri.
Cele mai frecvente dezintegrări radioactive sunt următoarele:
Dezintegrarea alfa: nucleul eliberează o particulă alfa, un nucleu de heliu conținând doi protoni și doi neutroni. Rezultatul decăderii este un element nou cu un număr atomic mai mic.
Dezintegrarea beta: un fenomen de interacțiune slabă în care un neutron este transformat într-un proton sau un proton este transformat în neutron. Primul este însoțit de eliberarea unui electron și a unui antineutrino, în timp ce cel din urmă eliberează un pozitron și un neutrino. Electronii eliberați sau pozitronii sunt numiți particule beta. Prin urmare, dezintegrarea beta poate crește sau micșora numărul atomic al atomului cu unul.
Dezintegrarea gamma: Nivelul de energie al nucleului este redus și radiația electromagnetică este eliberată, de obicei după eliberarea particulelor alfa sau a particulelor beta.
Timpul de înjumătățire al izotopilor cu protoni Z și N neutroni
Alte dezintegrări radioactive relativ rare includ: eliberarea de neutroni sau protoni, eliberarea de nuclee sau grupuri de electroni și generarea de electroni de mare viteză în loc de raze beta și fotoni de mare energie în loc de raze gamma prin conversie internă.
Fiecare radioizotop are o perioadă caracteristică de descompunere, care este timpul de înjumătățire. Timpul de înjumătățire este timpul necesar pentru ca jumătate din eșantion să se descompună. Aceasta este o descompunere exponențială, adică o descompunere constantă de 50% din eșantion în timpul fiecărei perioade de înjumătățire. Cu alte cuvinte, după două perioade de înjumătățire, rămâne doar 25% din izotopul inițial.