Atom çekirdeğinde olabilecek en düşük enerji düzeyi dışında bir enerji durumuna geçiş sonucu meydana gelen dönüşümlere nükleer parçalanma denir. Bu tür düşük kararlı çekirdeklerin oluşumu, yalnızca laboratuvar koşullarından değil, aynı zamanda doğal olarak meydana gelen değişikliklerden de kaynaklanabilir. Kararsız çekirdeklerin bu alt tipine radyoaktif çekirdekler denir. Bu grup içinde meydana gelen parçalanmalara radyoaktif parçalanmalar denir. Elementlerin radyoaktif parçalanmasının özelliği tam olarak nedir? Bunu bu metinden öğreneceksiniz.
Evrenin yapısı Evrenin yapısı bağlamında radyoaktif parçalanma
Evrenin şekillendirilmesi, nükleer dönüşümlere yatkın olan birkaç elementin oluşumuna yol açtı. Tanımlayabildiğimiz her bir radyoaktif parçalanma , bize belirli bir çekirdekle (yapısı, mevcut enerji durumları ve etkileşimleri) yakından ilgili konularda birçok bilgi verebilir, aynı zamanda evrenin kökeni hakkında da bilgi sağlar. Maddeden nüfuz etme yeteneğine göre bölünen üç temel radyasyon türü olduğu ampirik olarak kanıtlanmıştır:
- Helyum çekirdeği biçiminde olan ve düşük geçirgenlik gösteren, pratikte ince bir kağıt yaprağını delmenin zor olduğu anlamına gelen alfa (α) radyasyonu ;
- Aynı kütleye ancak zıt yüke sahip elektronlar veya pozitronlar olarak tanımlanan beta (β) radyasyonu , yaklaşık olarak alüminyumun içine nüfuz edebilir. 3 mm;
- Fotonlara karşılık gelen gama (γ) radyasyonu , iki veya daha fazla santimetreye kadar kurşuna nüfuz etme ile karşılaştırılabilecek en iyi penetrasyon yeteneğine sahiptir.
Radyoaktif parçalanmaların tarihi
Radyoaktif parçalanmaların tarihini başlatan Antoine Becquerel, 1896’da uranyum açısından zengin bir kayayı bir fotoğraf filmiyle birlikte kapalı bir kutuya koyarsak filmin kararacağını gözlemledi. Bunun, çıplak gözle görülemeyen ışınların yayılmasından kaynaklandığı sonucuna vardı. Bugünün bilgisiyle, bu tür ışınların nükleer kökenini öne süren en az üç argüman verebiliriz:
- Kimyasal durum : belirli bir elementin serbest haldeki veya kimyasal bir bileşikteki şekli, radyoaktif yeteneğini etkilemez;
- Atomdaki elektronları etkileyen basınç veya sıcaklık gibi dış etkenler radyoaktif özellikleri etkilemez;
- Atomdaki yaygın olarak bilinen elektron geçişleri, milyonlarca elektron volta ulaşabilecek kadar büyük miktarlarda enerji üretmez.
Günümüzde radyasyon, kütleyi enerjiye dönüştüren nükleer nitelikteki süreçler olarak tanımlanmaktadır. 
Alfa, beta ve gama radyasyonu
Radyasyonun elektriksel özellikleri, homojen bir manyetik alanda meydana gelen hareketleri sayesinde gözlenebilmektedir. Her bir radyasyon türünün karşılık gelen molekülleriyle tanımlanması, Lorentz manyetik kuvveti formülüne dayanmaktadır. Bir radyoaktif kaynağın noktasından yatay bir emisyon varsayıldığında, pozitif yüklü parçacıklar yukarı doğru, negatif yüklü parçacıklar aşağı doğru eğimlidir ve yükü olmayan parçacıklar, emisyon yolunu etkilemeden manyetik alandan geçer. Alfa radyasyonu, 4 He helyum çekirdeğinin emisyonuna karşılık gelir . Beta radyasyonu iki şekilde oluşabilir: elektronlar (β – ) veya pozitronlar (β + ) şeklinde. Gama radyasyonu, fotonların yüksek enerjili emisyonunu belirler.
alfa parçalanması
Ağırlık ve kimyasal olarak kararsız çekirdekler ile karakterizedir. Parçalanma sırasında, çekirdek iki proton ve aynı sayıda nötron kaybeder, bu da atom numarasının iki ve kütle numarasının dört birim azalması anlamına gelir. Bu dönüşümün sonucu bir helyum atomudur. Yayılan çekirdeğe birincil çekirdek, parçalanma sırasında üretilen çekirdeğe ise ikincil çekirdek denir. Alfa radyoaktif parçalanmanın temel gösterimi şu şekilde sunulabilir: 
Böyle bir notasyonun ilk kısmı, yani birincil çekirdeği, ikincil çekirdeği ise alfa parçacığını oluşturur. Alfa parçalanmasına bir örnek, uranyum izotopu 238 U’nun atom numarasının ikiye düşürüldüğü bir dönüşümü olabilir. Parçalanma aşağıdaki denklem olarak not edilebilir: 
Alfa parçalanması sırasında açığa çıkan enerji, helyum ve toryum çekirdeklerinin kinetik enerjisine eşittir. Toryum çekirdeğinin kütlesi ve dolayısıyla daha düşük hızı nedeniyle, helyum çekirdeğinin kinetik enerjisi daha yüksektir.
beta parçalanması
Bu iki şekilde gerçekleşebilir: elektronların veya pozitronların emisyonu ile. Yükleri zıttır ancak kütleleri aynıdır , bu nedenle bazen bir pozitron antielektron olarak adlandırılabilir. Beta radyoaktif parçalanmayı düşünürken, bilim adamları genellikle çekirdekte sınırlı olan ve parçalanma sırasında ondan kaçan bir molekülün (elektron veya pozitron) modelini kullandılar. Heisenberg’in belirsizlik ilkesine dayalı olarak, bir elektronun kinetik enerjisinin on GeV’den biraz fazla olduğu tahmin edildiğinden, bu varsayıma itiraz edildi. Bununla birlikte, sadece birkaç megaelektronovolt’a eşit olduğu ampirik olarak kanıtlanmıştır. Bu, beta parçalanmasının bir molekülün kaçmasından değil, bir nükleonun diğerine dönüşmesinden oluştuğu anlamına gelir. Bir nötronun parçalanmasını analiz ederken, aşağıdaki geçişi gözlemleyebiliriz: 
şeklinde gösterilen elektronun kütle numarası 0’a ve atom numarasına sahiptir. Bu, negatif yüklü, neredeyse kütlesiz bir molekül olduğu anlamına gelir. Protonun her iki sayısı da bire eşittir. Enerji ve momentumun korunumu yasaları göz önüne alındığında, bir nötrinonun (v) varlığı gereklidir. Çekirdekte meydana gelen bu tür dönüşümler, zayıf nükleer etkileşimlere neden olur. Beta parçalanmasına maruz kalan bir izotop örneği, aşağıdaki denkleme göre bir β – emisyonu ile parçalanan izotoptur: 
Bir pozitron üretimini içeren zıt bir süreç, örneğin bir alüminyum izotopunda meydana gelir: 
gama parçalanması
"Gama parçalanması" terimi, uyarılmış bir çekirdeğin daha düşük enerjili bir duruma geçmesiyle meydana gelen ve fotonların yayılmasıyla sonuçlanan bir parçalanmayı ifade eder. Böyle bir geçiş, elektronların daha düşük enerji seviyelerine geçişine benzer ve * uyarılmış durumu temsil eden sembollerle not edilebilir: 
Gama parçalanması sırasında kütle ve atom numaraları değişmez. Tek değişiklik çekirdeğin tipini ifade eder. 
radyoaktif elementler
Atomları kendiliğinden parçalanır, parçacıklar veya ışınlar yayar. Buna genellikle ısı ve ışık emisyonu eşlik eder. Doğada, dört radyoaktif element grubu gözlemleyebiliriz: isimleri ana elementlerden türeyen toridler, neptünitler, uranitler ve aktinitler . Örnekler şunları içerir:
- Polonyum – çoğunlukla uranyum-238 içeren atomik parçalanmaların bir ürünü. Alfa radyasyon kaynağıdır ve uydularda enerji kaynağı olarak kullanılır.
- Radon – atom kütlesi 222 olan izotopu ciddi kanser vakalarının tedavisinde kullanılan radyumun parçalanması sonucu üretilir.
radyoaktif seri
Atom numarası 82’den büyük olan tüm çekirdeklerin kararsız olduğu ve kendiliğinden parçalanmaya tabi olduğu kabul edilir. Çoğu ayrıca kısa bir yaşam döngüsü ile karakterize edilir, bu nedenle doğada gözlenmezler. Ancak, yarı ömür periyodu sırasıyla 1,39·10 10 yıl ve 7,04·10 8 yıl olan ve gibi birkaç önemli istisna vardır. Ağır çekirdeklerin çürümesi, uzun bir parçalanma serisine yol açabilir, çünkü üretilen her bir ikincil çekirdek, kararlı bir çekirdek oluşana kadar sonraki bir parçalanmada birincil çekirdek haline gelebilir. Bu sürece radyoaktif seri denir.
