Minden elemnek van egy vagy több instabil maggal rendelkező izotópja, amelyek radioaktív bomláson eshetnek át. Ebben a folyamatban a mag részecskéket vagy elektromágneses sugárzást bocsáthat ki. Amikor a mag sugara nagyobb, mint az erős erő hatássugara, radioaktív bomlás következhet be, és az erős erő hatássugara csak néhány femtométer.
A leggyakoribb radioaktív bomlások a következők:
Alfa bomlás: A mag felszabadít egy alfa részecskét, egy hélium magot, amely két protont és két neutront tartalmaz. A bomlás eredménye egy új, alacsonyabb atomszámú elem.
Béta-bomlás: a gyenge kölcsönhatás jelensége, amelyben egy neutron átalakul protonná vagy egy proton átalakul neutronná. Az előbbihez egy elektron és egy antineutrino, míg az utóbbihoz egy pozitron és egy neutrino szabadul fel. A felszabadult elektronokat vagy pozitronokat béta részecskéknek nevezzük. Ezért a béta bomlás növelheti vagy csökkentheti az atom atomszámát eggyel.
Gamma bomlás: A mag energiaszintje csökken, és elektromágneses sugárzás szabadul fel, általában alfa vagy béta részecskék felszabadulása után.
A Z protonokkal és N neutronokkal rendelkező izotópok felezési ideje
Egyéb viszonylag ritka radioaktív bomlások a következők: neutronok vagy protonok felszabadítása, magok vagy elektroncsomók felszabadítása, valamint béta sugarak helyett nagysebességű elektronok és gamma sugarak helyett nagy energiájú fotonok előállítása belső átalakítás útján.
Minden radioizotópnak van egy jellegzetes bomlási periódusa, amely a felezési ideje. A felezési idő a minta felének bomlásához szükséges idő. Ez egy exponenciális bomlás, vagyis a minta 50% -ának állandó bomlása minden felezési idő alatt. Más szavakkal, két felezési idő után a kiinduló izotópnak csak 25% -a marad meg.