Nucleii atomici instabili se vor descompune spontan pentru a se forma nuclee cu stabilitate mai mare. Procesul de descompunere se numește radioactivitate. Energia și particulele care sunt eliberate în timpul procesului de descompunere se numesc radiații. Atunci când nucleele instabile se descompun în natură, procesul este denumit radioactivitate naturală. Când nucleele instabile sunt preparate în laborator, descompunerea se numește radioactivitate indusă.
Există trei tipuri majore de radioactivitate naturală:
Radiația alfa
Radiația alfa constă dintr-un flux de particule încărcate pozitiv, numite particule alfa, care au un an masă atomică de 4 și o sarcină de +2 (un nucleu de heliu). Când o particulă alfa este evacuată dintr-un nucleu, numărul de masă al nucleului scade cu patru unități și numar atomic scade cu două unități. De exemplu:
23892U → 42El + 23490Th
Nucleul de heliu este particula alfa.
Radiație beta
Radiația beta este un flux de electroni, numit particule beta. Când o particulă beta este ejectată, un neutron din nucleu este convertit la un proton,
deci numărul de masă a nucleului este neschimbat, dar numărul atomic crește cu unu unitate. De exemplu:23490 → 0-1e + 23491Pa
Electronul este particula beta.
Radiație Gamma
Razele gamma sunt fotoni cu energie mare, cu o lungime de undă foarte scurtă (0,0005 până la 0,1 nm). Emisia de radiații gamma rezultă dintr-o schimbare de energie în nucleul atomic. Emisia gamei nu schimbă nici numărul atomic, nici masă atomică. Emisia Alpha și beta sunt adesea însoțite de emisiile gamma, deoarece un nucleu excitat scade la o stare de energie mai mică și mai stabilă.
Alfa, beta și radiații gamma însoțesc și radioactivitatea indusă. Izotopi radioactivi sunt preparate în laborator folosind reacții de bombardament pentru a transforma un nucleu stabil într-unul care este radioactiv. Nu se observă un pozitron (o particulă cu aceeași masă ca un electron, dar o sarcină de +1 în loc de -1) în radioactivitate naturală, dar este un mod comun de descompunere a radioactivității induse. Reacțiile de bombardament pot fi utilizate pentru a produce elemente foarte grele, inclusiv multe care nu apar în natură.