原子结构及核衰变
原子是指化学反应不可再分的基本微粒，以及最小单位，称为元素。至今为止，已知的天然的和人工合成的元素有118种。原子直径的数量级大约是10-10m，其质量极小，其数量级一般为10-27kg。电子的质量很小，只有质子或中子质量的1/1836，故原子的质量主要集中在原子核上，一般采用相对原子质量来描述原子的质量。原子核的体积很小，因此原子核的密度很大。由于质子与中子的质量相近且远大于电子，所以用原子的质子和中子数量的总和定义相对原子质量，称为质量数。由于C12含有6个质子以及6个中子，所以C12的质量的十二分之一为度量标准测出的原子质量称之为原子量，约为1.66×10-27kg。
原子还分为正原子和负原子，一个正原子包含有一个致密的带正电荷的原子核以及若干围绕在原子核周围带负电荷的电子。而负原子的原子核带负电荷，周围的负电子带正电荷。正原子的原子核由带正电荷的质子和电中性的中子组成。负原子原子核中的负质子带负电荷，从而使负原子的原子核带负电荷。当质子数与电子数相同时，这个原子就是电中性的；否则，就是带有正电荷或者负电荷的离子，而每一个电子或质子所带的电荷量为e=1.60219×10-19C。根据质子和中子的数量不同，原子的类型也不同。质子数决定了该原子属于哪一种元素，而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个同位素。原子构成分子，而分子组成的物质中，同种电荷相互排斥，不同种电荷则相互吸引。
目前自然界中已知的原子核中，只有极少量的原子核是稳定的，大多数的原子核不稳定。原子核的稳定性与核内质子数与中子数之比有着紧密的关系。不稳定的原子核会发生自然衰变从而变成另一种核素，同时发射出高能射线，这种现象称为放射性衰变，而具备这种放射性的核素称为放射性核素，又分为人工的和天然的两种。
放射性核衰变按照它释放的射线的不同，也可以分为α衰变、β衰变以及γ衰变。
（一）α衰变
图2-1-1 （
Ra的α衰变）
不稳定的放射性核素释放出一个α粒子从而衰变为另一种原子核的过程称之为α衰变。α粒子是氦核（He），它是由两个质子以及两个中子组成的，用符号
表示。由于α衰变前后的质量数A与电荷数Z都是守恒的，故子核的质量数比母核的质量数少4，子核的电荷数比母核的电荷数少2，因此子核在元素周期表中的位置要向前移动2位，这种规律称为α衰变的位移定则。用
代表母核，
代表子核，则α衰变的反应式为
公式中的Q为母核衰变成子核时所释放的能量，称之为核衰能。实验表明，在发生α衰变的核素中，只有少数的几种核素能释放出单能的α粒子，而大多数的核素会释放出几组不同能量的α粒子，从而使子核处于激发态或基态，也会有伴随产生γ射线的。因此α粒子的能谱是不连续的，它们构成一组分立的线状能谱。核衰变的过程可以用衰变能级图来表示，镭
释放α粒子衰变为氡
，其过程为
。
（二）β衰变(https://www.daowen.com)
不稳定的放射性核素释放出电子或正电子的衰变过程总称为β衰变。其子核与母核是相邻的同量异位素。β衰变包括β-衰变、β+衰变以及电子俘获。
1．β-衰变：放射性核素的原子核放出一个β-粒子而变为原子序数加1而质量数相同的核素的过程称之为β-衰变。从核衰变中释放出的β-粒子被物质阻止后，就成为自由电子，β-粒子的静止质量与电子的静止质量相同。
一般我们用A ZX表示母核，
表示子核，ṽ代表反中粒子，及中微子的反粒子，为一种静止质量接近于0的中性粒子。
2．β+衰变：放射性核素的原子核释放出一个正电子而变为原子序数减1而质量数相同的核素的过程称之为β+衰变。β+粒子为点一个正电荷且静止质量与电子相等的粒子。这种衰变只有人工放射性核素才能发生。
一般我们用
表示母核，
表示子核，v代表中微子。
3．电子俘获：能释放出β+粒子的原子核俘获一个核外电子，同时释放出一个中微子，这一过程称之为电子俘获。由于母核容易俘获离核最近的K层电子，因此称之为K电子俘获。同理也存在L或M俘获。
（三）γ衰变
原子核激发态跃迁到基态时，发射γ光子并释放过剩的能量的过程称之为γ衰变。有些原子核从激发态向基态跃迁时，并不能辐射γ光子，而是将多余的能量直接传递给核外的内层电子，使其变为自由电子，这种现象称之为内转换。