Mỗi nguyên tố có một hoặc nhiều đồng vị với hạt nhân không ổn định, có thể trải qua phân rã phóng xạ. Trong quá trình này, hạt nhân có thể giải phóng các hạt hoặc bức xạ điện từ. Khi bán kính của hạt nhân lớn hơn bán kính hoạt động của lực mạnh, phân rã phóng xạ có thể xảy ra và bán kính hoạt động của lực mạnh chỉ là một vài máy đo femtometers.
Các phân rã phóng xạ phổ biến nhất như sau:
Phân rã alpha: Hạt nhân giải phóng một hạt alpha, một hạt nhân heli chứa hai proton và hai neutron. Kết quả của sự phân rã là một nguyên tố mới có số nguyên tử thấp hơn.
Phân rã beta: một hiện tượng tương tác yếu trong đó một neutron được chuyển thành proton hoặc proton được chuyển thành neutron. Cái trước đi kèm với việc giải phóng một electron và antineutrino, trong khi loại thứ hai giải phóng positron và neutrino. Các electron hoặc positron được giải phóng được gọi là các hạt beta. Do đó, phân rã beta có thể làm tăng hoặc giảm số nguyên tử của nguyên tử xuống một.
Phân rã gamma: Mức năng lượng của hạt nhân bị giảm và bức xạ điện từ được giải phóng, thường là sau khi giải phóng các hạt alpha hoặc hạt beta.
Thời gian bán thời gian của các đồng vị với proton Z và N neutron
Các phân rã phóng xạ tương đối hiếm khác bao gồm: giải phóng neutron hoặc proton, giải phóng các cụm hạt nhân hoặc electron và tạo ra các electron tốc độ cao thay vì tia beta và photon năng lượng cao thay vì tia gamma thông qua chuyển đổi bên trong.
Mỗi đồng vị phóng xạ có một thời kỳ phân rã đặc trưng, đó là thời gian bán hủy. Thời gian bán hủy là thời gian cần thiết để một nửa mẫu bị phân rã. Đây là một phân rã theo cấp số nhân, nghĩa là sự phân rã liên tục của 50% mẫu trong mỗi nửa thời gian. Nói cách khác, sau hai nửa cuộc đời, chỉ còn 25% đồng vị bắt đầu.