Trwałość jądra atomowego można określić na podstawie stosunku liczby neutronów do liczby protonów. Jądra, dla których stosunek ten mieści się w przedziale od 1,0 do 1,6, zazwyczaj stanowią jądra trwałe. Dla nietrwałych jąder atomowych stosunek tych liczb przyjmuje wartość większą od 1,6. Nietrwałe jądra ulegają rozpadowi promieniotwórczemu, któremu towarzyszy emisja promieniowania α lub β– z jednoczesnym utworzeniem jądra trwałego. Emisji tych cząstek towarzyszy również emisja promieniowania γ.
Promieniotwórczość naturalna polega na samorzutnym rozpadzie i emisji promieniowania przez występujące w przyrodzie izotopy promieniotwórcze.
W naturalnych szeregach promieniotwórczych, efektem końcowym zachodzących w nich następczych rozpadów jest uzyskanie trwałych nuklidów ołowiu lub bizmutu, np.:
| szereg uranowo - radowy | 238U --> 206Pb, |
| szereg uranowo - aktynowy | 235U --> 207Pb, |
| szereg torowy | 232Th --> 208Pb, |
| szereg neptunowy | 237Np --> 209Bi. |
Poniżej przedstawiono charakterystykę emisji cząstek α oraz cząstek β– występujących w naturalnych szeregach promieniotwórczych.
Możliwa jest zainicjowana z zewnątrz emisja cząstki β+, jak również tzw. wychwyt K. Przemiana β+ nie jest jednak obserwowana w naturalnych szeregach promieniotwórczych, a wychwyt K może zachodzić jedynie z udziałem niektórych izotopów sztucznych.
Promieniotwórczość sztuczna polega na tym, że izotop otrzymany sztucznie pod wpływem bombardowania protonami, jądrami deuteru, cząstkami α lub neutronami, zamienia się w inny, samorzutnie rozpadający się izotop promieniotwórczy.
Przykładem reakcji jądrowej jest:
a) zderzenie cząstki α z jądrem uranu-238,w wyniku czego powstaje pluton-241 z równoczesnym uwolnieniem neutronu:
Można to zapisać:
b) zderzenie neutronu z jądrem rtęci-198, w wyniku czego powstaje nietrwały izotop złota-198 oraz proton:
Można to zapisać:
c) rozszczepienie jądra uranu-235 neutronem; w procesie tym powstaje izotop baru-141, trzy neutrony oraz izotop kryptonu-92:
W wyniku rozpadów promieniotwórczych emitowane jest określone promieniowanie.
Typowe cechy promieniowania α, β− i γ przedstawiono ponownie poniżej w tabeli.
| krótka charakterystyka wybranych rodzajów promieniowania | |
| promieniowanie α | promieniowanie korpuskularne (natura cząsteczkowa), czyli jądra helu; niewielka przenikliwość, cząstki zatrzymuje kartka papieru; mały zasięg |
| promieniowanie β– | promieniowanie korpuskularne (natura cząsteczkowa), czyli szybko poruszające się elektrony; cząstki zatrzymuje kilkumilimetrowej grubości płytka metalu |
| promieniowanie γ | promieniowanie elektromagnetyczne (natura falowa); duży zasięg, bardzo duża przenikliwość |
Izotopy ulegające rozpadowi promieniotwórczemu mogą mieć znaczenie pozytywne i negatywne:
Zastosowanie w medycynie wybranych izotopów promieniotwórczych:
