Onstabiele atoomkernen zullen spontaan uiteenvallen om zich te vormen kernen met hogere stabiliteit. Het ontbindingsproces wordt genoemd radioactiviteit. De energie en deeltjes die vrijkomen tijdens het afbraakproces worden straling genoemd. Wanneer onstabiele kernen in de natuur uiteenvallen, wordt het proces natuurlijke radioactiviteit genoemd. Wanneer de onstabiele kernen in het laboratorium worden voorbereid, wordt de ontbinding geïnduceerde radioactiviteit genoemd.
Er zijn drie belangrijke soorten natuurlijke radioactiviteit:
Alpha straling
Alfa-straling bestaat uit een stroom positief geladen deeltjes, alfa-deeltjes genoemd, die een atoom massa van 4 en een lading van +2 (een heliumkern). Wanneer een alfadeeltje wordt uitgeworpen uit een kern, neemt het massagetal van de kern af met vier eenheden en de atoomnummer neemt af met twee eenheden. Bijvoorbeeld:
23892U → 42Hij + 23490Th
De heliumkern is het alfadeeltje.
Beta-straling
Beta-straling is een stroom van elektronen, genaamd bètadeeltjes
. Wanneer een bètadeeltje wordt uitgeworpen, wordt een neutron in de kern omgezet in een proton, dus het massagetal van de kern is onveranderd, maar de atoomnummer neemt met één toe eenheid. Bijvoorbeeld:23490 → 0-1e + 23491vader
Het elektron is het bètadeeltje.
Gammastraling
Gammastralen zijn hoogenergetische fotonen met een zeer korte golflengte (0,0005 tot 0,1 nm). De emissie van gammastraling is het gevolg van een energieverandering in de atoomkern. Gamma-emissie verandert noch het atoomnummer, noch de atoom massa. Alfa- en bèta-emissie gaan vaak gepaard met gamma-emissie, omdat een opgewekte kern naar een lagere en stabielere energietoestand zakt.
Alpha, beta en gammastraling begeleiden ook geïnduceerde radioactiviteit. Radioactieve isotopen worden in het laboratorium bereid met bombardementsreacties om een stabiele kern om te zetten in een radioactieve kern. Positron (een deeltje met dezelfde massa als een elektron, maar een lading van +1 in plaats van -1) wordt niet waargenomen in natuurlijke radioactiviteit, maar het is een gebruikelijke manier van verval in geïnduceerde radioactiviteit. Bombardementsreacties kunnen worden gebruikt om zeer zware elementen te produceren, waaronder veel elementen die niet in de natuur voorkomen.