Ogni elemento ha uno o più isotopi con nuclei instabili, che possono subire decadimento radioattivo. In questo processo, il nucleo può rilasciare particelle o radiazioni elettromagnetiche. Quando il raggio del nucleo è maggiore del raggio d'azione della forza forte, può verificarsi il decadimento radioattivo e il raggio d'azione della forza forte è solo di pochi femtometri.
I decadimenti radioattivi più comuni sono i seguenti:
Decadimento alfa: Il nucleo rilascia una particella alfa, un nucleo di elio contenente due protoni e due neutroni. Il risultato del decadimento è un nuovo elemento con un numero atomico inferiore.
Decadimento beta: un fenomeno di interazione debole in cui un neutrone viene trasformato in un protone o un protone viene trasformato in un neutrone. Il primo è accompagnato dal rilascio di un elettrone e di un antineutrino, mentre il secondo rilascia un positrone e un neutrino. Gli elettroni o positroni rilasciati sono chiamati particelle beta. Pertanto, il decadimento beta può aumentare o diminuire il numero atomico dell'atomo di uno.
Decadimento gamma: Il livello di energia del nucleo è ridotto, e la radiazione elettromagnetica viene rilasciata, di solito dopo il rilascio di particelle alfa o particelle beta.
L'emidità degli isotopi con protoni Z e N neutroni
Altri decadimenti radioattivi relativamente rari includono: il rilascio di neutroni o protoni, il rilascio di nuclei o ammassi di elettroni e la generazione di elettroni ad alta velocità invece di raggi beta e fotoni ad alta energia invece dei raggi gamma attraverso la conversione interna.
Ogni radioisotopo ha un caratteristico periodo di decadimento, che è l'emidità. L'emidità è il tempo necessario per il decadimento di metà del campione. Questo è un decadimento esponenziale, cioè un decadimento costante del 50% del campione durante ogni emidità. In altre parole, dopo due emifano, rimane solo il 25% dell'isotopo iniziale.