Стабільні та нестабільні ядра

Ядро атома, будучи квантово-механічною системою зв’язаних нуклонів, може, подібно атому, перебувати в різних станах, які характеризуються дискретними значеннями (рівнями) енергії. Як і в атомі, стан з найнижчою можливою енергією Е₁ називається основним, а стани з більшою енергією: Е₂, Е₃, … – збудженими. Але, на відміну від атомів, енергії різних станів ядра на кілька порядків перевищують відповідні величини в атомних системах і складають величини від десятків кілоелектрон-вольт до кількох мегаелектрон-вольт. При переході збудженого ядра в основний стан надлишок енергії може виділятися як у вигляді кванта електромагнітного випромінювання, так і шляхом випускання частинок: електронів, позитронів, протонів, нейтронів, легких ядер.

Крім того, слід відмітити, що для багатьох ядер навіть стан з найнижчою енергією Е₁ – основний стан – може не бути цілком стабільним. Для таких ядер процес випромінювання тих чи інших частинок виявляється енергетично вигідним, тобто внаслідок зміни у вихідному ядрі кількості протонів та нейтронів утворюється нове ядро, основний стан якого буде розташований нижче, ніж у вихідного ядра. Ядра, які самодовільно (спонтанно) перетворюються в ізотопи інших елементів, називаються радіоактивними, а явище спонтанного перетворення ядер одних ізотопів у інші – радіоактивністю. Ці перетворення завжди супроводжуються випромінюванням частинок або квантів.

Радіоактивність ізотопів, які зустрічаються у земній корі, називається природною на відміну від радіоактивності ізотопів, які у природних умовах не існують, але можуть бути синтезовані штучним шляхом в лабораторних умовах (штучна радіоактивність). Природна радіоактивність була відкрита А. Беккерелем у 1896 р. Про існування атомного ядра в той час ще не було відомо.