Jądro atomowe składa się z protonów ( \( \ce{p^+} \)) oraz neutronów ( \( \ce{n^0} \)). Neutrony, które ograniczają elektrostatyczne odpychanie się protonów posiadających ładunki jednoimienne, zapewniają stabilność jądra atomowego. Dzięki tzw. siłom jądrowym oddziaływującym między neutronami i protonami, jądro jest utrzymywane w całości (nie rozpada się). Jednakże jądra atomów niektórych izotopów są nietrwałe i wykazują zdolność ulegania samorzutnemu rozpadowi. Mówimy wówczas o przemianach jądrowych. Podczas przemiany jądrowej powstają zupełnie nowe pierwiastki - inne niż wyjściowe. Rozpad ten połączony jest z emisją różnego rodzaju promieniowania:

• emisja cząstki \( \alpha \) czyli strumień jąder izotopu helu \( _{2}^{4}\textrm{He} \) prowadzi do zmniejszenia liczby atomowej (Z) o dwie jednostki, zaś liczby masowej (A) o cztery („przesunięcie” pierwiastka o dwa miejsca w lewo w układzie okresowym). Przebiega ona dla pierwiastków o liczbie masowej A > 200;

• emisja cząstki \( \beta^- \) lub \( \beta^+ \) – strumienia elektronów lub pozytronów czyli elektronów o ładunku dodatnim powoduje zmianę liczby atomowej jądra o jednostkę. Przemiana \( \beta^- \) – powoduje zwiększenie liczby atomowej wynikające z przemiany neutronu w proton i związana jest z emisją elektronu. Rozpad \( \beta^- \) zachodzi dla jąder atomowych, w których występuje nadmiar neutronów. Przemiana \( \beta^+ \) – powoduje zmniejszenie liczby (Z) co wynika z kolei z przemiany protonu w neutron. Warto przy tym zwrócić uwagę, że przemiana \( \beta^+ \) jest znana tylko dla przemian sztucznych izotopów promieniotwórczych. Podczas ropadu \( \beta^+ \) nastepuje emisja wspomnianego pozytronu (elektronu o jednostkowym ładunku dodatnim). Przemiana pozytronowa zachodzi dla jąder z niedoborem neutronów.

Zatem możemy zapisać:

• emisja promieniowania \( \gamma \) – strumienia fotonów o wysokiej energii, czyli promieniowania elektromagnetycznego o małej długości fali. Jądra powstające w wyniku przemian promieniotwórczych mogą być obdarzone nadmiarem energii. Pozbywają się jej poprzez emisję promieniowania elektromagnetycznego \( \gamma \). Emisji tej cząstki nie towarzyszy zmiana ani liczby atomowej, ani masowej.

• "wychwyt K" (wychwyt elektronu) - jądro atomowe ubogie w neutrony może także rozpadać się poprzez reakcję elektronu (pochodzącego z wewnętrznej powłoki elektronowej) z protonem tworząc neutron (analogicznie do przemiany \( \beta^+ \)):

Podczas "wychwytu elektronu" następuje emisja promieniowania \( X \) spowodowana przeskokiem elektronu z powłoki zewnętrznej w miejsce elektronu zaabsorbowanego:

Informacja dodatkowa 1: Prawo rozpadu promieniotwórczego

Z tematem reakcji jądrowych ściśle wiąże się prawo rozpadu promieniotwórczego. Wynika z niego, że taki rozpad jąder promieniotwórczych nie może trwać w nieskończoność, stąd wprowadzono pojęcie okresu połowicznego rozpadu \( \tau_{\frac12} \), czyli czas, po którym rozpadowi ulegnie połowa początkowej liczby atomów ( Rys. 1 ). Okres połowicznego rozpadu jest różny dla różnych nuklidów i zawiera się w granicach od \( 10^{-7} \)s do \( \ce{10^{11}} \) lat.

Rysunek 1: Krzywa przedstawiająca prawo rozpadu promieniotwórczego dla czterech okresów połowicznego rozpadu.