壊変図式

壊変図式（かいへんずしき、Decay scheme）とは放射壊変の推移とそれらの関係を図示したものである。
壊変図式には、一番上に初期状態の核種（元素記号とその左上に質量数、左下に陽子数）が書かれ、その付近に半減期が、更に崩壊モードが特殊な核種（電子捕獲など）には崩壊モードが書かれている。上から階層的になっており、一番下が最終状態である。初期状態から最終状態への遷移は矢印によって表され、その矢印は放射線の種類およびエネルギー、崩壊後の遷移先である励起状態とその遷移確率が明記されている。その各励起状態を表す横線の左端にはスピンパリティが、右端には状態エネルギーが書かれているものもある。
放射性同位体の壊変図式.
それらの関係は複雑に込み入っている事もあるので、まずは簡単な例から示そう: コバルトの同位体であるコバルト60(Co)の壊変図式を示す。Coは電子を放出して崩壊し (ベータ崩壊)、半減期5.26年で励起状態のNiになり、その崩壊の過程で極めて短い時間の間に2回のガンマ崩壊を起こす。
壊変図式は直交座標系と考えると非常に便利である。縦軸がエネルギーを表しており、下から上へと上昇していく。横軸は陽子数を表しており、左から右へと増加していくと考えることが出来る。ガンマ線（縦の矢印）はガンマ崩壊時に放出されるガンマ線エネルギーを表しており、ベータ線（斜めの矢印）はベータ崩壊時に放出されるベータ線の最大エネルギーを表している。
ニッケルはコバルトの右側にあるが、ニッケルの陽子数は28であり、コバルトの27よりも1つ多い。これはベータ崩壊において、1つの中性子が1つの陽子に変化しその結果陽子数が1つ増えているわけである。陽電子を放出するベータ崩壊（詳細はβ+崩壊を参照）や、後述のアルファ崩壊においては斜めの矢印は右から左へと向い、これらの場合は陽子数は減少する。
壊変図式においてエネルギーは保存しており、放出された粒子がエネルギーを運び去る。この為、矢印は必ず（垂直または斜めに）上から下へと向かう。
ここで幾らか別の種類の壊変図式も見てみよう：Au は、天然の金（Au）に中性子を照射することによって生成される。Auはベータ崩壊により2つの励起状態を経由するか、もしくは直接水銀の同位体であるHgへと崩壊する。図において、水銀は金の右側にあるが、金の原子番号は79であり、水銀は80である。励起状態からは極めて短い時間（2.5および23ピコ秒。1ピコ秒は1兆分の1秒、すなわち10秒である）で最終状態へと崩壊する。
励起状態の原子核は通常、極めて寿命が短く、崩壊はほとんどベータ崩壊の直後に起こるが（上記参照）、テクネチウムの励起状態は比較的長い寿命を持っている。このような原子核の事を核異性体（Nuclear isomer、または単にアイソマーという）。これはしばしば準安定状態と呼ばれる（準安定状態の英語表記meta stableの頭文字mを取って次のように表記されるTc ）。そのガンマ崩壊が起こるまでの平均寿命は6.01時間である。
例えばアルファ崩壊を例にする。マリ・キュリーによって発見されたポロニウムは、210の原子量を持つ。Poは、ウラン系列に属し、その最後から2番目に位置し、それは安定な鉛の同位体へと半減期138日で崩壊する。殆ど全ての場合、崩壊は5.305MeVのアルファ粒子を放出して起こるが、0.001%の確率でα線のエネルギーが低いことがある。この場合、Pbの励起状態へと崩壊してしまい、そこからガンマ崩壊によって安定状態へと崩壊する。