Les noyaux atomiques instables se décomposent spontanément pour former noyaux avec une stabilité plus élevée. Le processus de décomposition est appelé radioactivité. L'énergie et les particules qui sont libérées pendant le processus de décomposition sont appelées rayonnement. Lorsque les noyaux instables se décomposent dans la nature, le processus est appelé radioactivité naturelle. Lorsque les noyaux instables sont préparés en laboratoire, la décomposition est appelée radioactivité induite.
Il existe trois principaux types de radioactivité naturelle:
Rayonnement alpha
Le rayonnement alpha se compose d'un flux de particules chargées positivement, appelées particules alpha, qui ont un masse atomique de 4 et une charge de +2 (un noyau d'hélium). Lorsqu'une particule alpha est éjectée d'un noyau, le nombre de masse du noyau diminue de quatre unités et le numéro atomique diminue de deux unités. Par exemple:
23892U → 42Il + 23490Th
Le noyau d'hélium est la particule alpha.
Rayonnement bêta
Le rayonnement bêta est un flux d'électrons, appelé
particules bêta. Lorsqu'une particule bêta est éjectée, un neutron dans le noyau est converti en proton, donc le nombre de masse du noyau est inchangé, mais la le nombre atomique augmente d'une unité unité. Par exemple:23490 → 0-1e + 23491Pennsylvanie
L'électron est la particule bêta.
Rayonnement gamma
Les rayons gamma sont des photons de haute énergie avec une longueur d'onde très courte (0,0005 à 0,1 nm). L'émission de rayonnement gamma résulte d'un changement d'énergie au sein du noyau atomique. L'émission gamma ne modifie ni le numéro atomique ni masse atomique. Les émissions alpha et bêta sont souvent accompagnées d'une émission gamma, alors qu'un noyau excité tombe à un état d'énergie inférieur et plus stable.
Alpha, bêta et rayonnement gamma accompagnent également la radioactivité induite. Isotopes radioactifs sont préparés en laboratoire en utilisant des réactions de bombardement pour convertir un noyau stable en un noyau radioactif. L'émission de positrons (une particule ayant la même masse qu'un électron, mais une charge de +1 au lieu de -1) n'est pas observée en radioactivité naturelle, mais il s'agit d'un mode de décroissance courant de la radioactivité induite. Les réactions de bombardement peuvent être utilisées pour produire des éléments très lourds, dont beaucoup ne se produisent pas dans la nature.