واپاشی پرتوزا
پایداری و ناپایداری ایزوتوپ‌ها

تا اوایل قرن بیستم میلادی تصور بر این بود که تمام عناصر پایدار هستند، زیرا نظریه اتمی جان دالتون بیان می‌کرد که اتم‌ها نه پدید می‌آیند و نه از بین می‌روند و همه اتم‌های یک عنصر، ویژگی‌های یکسان دارند. ۱۸۹۶، هانری بکرل، پرتوزایی (به انگلیسی: Radioactivity) را اتفاقی کشف کرد. کشف پرتوزایی، دانشمندان را بر آن داشت تا دلیل آن را پیدا کنند. آزمایش‌های ارنست رادرفورد روی این پدیده، به کشف هسته اتم انجامید. برپایه آزمایش‌های رادرفورد، هسته اتم بار الکتریکی مثبت دارد که بعدها مشخص شد در اثر پروتون‌هاست، ولی این به‌تنهایی پرتوزایی را توضیح نمی‌داد؛ باید عاملی می‌بود تا پروتون‌ها را کنار هم نگه دارد تا در اثر نیروی کولنی میان پروتون‌ها از فروپاشی هسته جلو بگیرد. پس از کشف نوترون ار سوی جیمز چادویک در ۱۹۳۲، به مدت کوتاهی معلوم شد که نوترون دومین ذره تشکیل‌دهنده هسته و عامل اصلی پایداری یا واپاشی آن است. پس از اثبات اینکه نوترون دومین ذره تشکیل‌دهنده هسته است، مفهومی به نام ایزوتوپ مطرح شد که بعدها از راه آزمایش‌های تجربی نیز ثابت شد. ایزوتوپ ((به انگلیسی: Isotope) و (به یونانی: Ισότοπο)) به معنای «هم‌جا» و «هم‌مکان»، به اتم‌هایی از یک عنصر گفته می‌شود که عدد اتمی و فعالیت شیمیایی یکسان، اما عدد جرمی متفاوت دارند. پایداری این ایزوتوپ‌ها به‌شمار نوترون‌های آن بستگی دارد. برای نمونه، بعضی از عناصر تنها دارای یک ایزوتوپ پایدار هستند، مانند آلومینیوم و پتاسیم که تنها یک ایزوتوپ پایدار ( {\ce {^{27}_{13}Al}}و  {\ce {^{40}_{19}K}}) دارند و بقیه همگی ناپایدار هستند (البته بعضی از آن‌ها ممکن است نیمه‌عمر بسیار طولانی داشته باشند، مانند  {\ce {^{26}_{13}Al}}و  {\ce {^{235}_{92}U}})، برخی دو یا چند ایزوتوپ پایدار دارند، مانند مس ( {\ce {^{63}_{29}Cu}} و  {\ce {^{65}_{29}Cu}}) و قلع ( {\ce {^{112}_{50}Sn}}و  {\ce {^{114}_{50}Sn}}و  {\ce {^{116}_{50}Sn}}و …) و برخی دیگر ایزوتوپ پایداری ندارند، مانند اورانیوم (پایدارترین ایزوتوپ  {\ce {^{238}_{92}U}}با نیمه‌عمر ۴٫۴۶۸۳ میلیارد سال) و فرانسیم (پایدارترین ایزوتوپ {\ce {^{223}_{87}Fr}}با نیمه‌عمر ۲۲ دقیقه). عناصر مصنوعی نیز عموماً نیمه‌عمر بسیار کوتاهی دارند، مانند اوگانسون ( {\ce {^{}_{118}Og}}) که در پایدارترین حالت، نیمه‌عمری برابر ۸۹۰ میکروثانیه دارد. معروف‌ترین ایزوتوپ‌ها، ایزوتوپ‌های سه‌گانه هیدروژن هستند که پایین معرفی خواهند شد:
هیدروژن معمولی ( {\ce {^{1}_{1}H}}) یا پروتیم (به انگلیسی: Protium) که در هسته اتم‌ش تنها یک پروتون دارد و نوترونی ندارد. بیش از ۹۹/۹۸ هیدروژن جهان و بیشترین ماده در هستی را تشکیل می‌دهد.
هیدروژن سنگین ( {\ce {^{2}_{1}D}}) یا دوتریم (به انگلیسی: Deuterium) که در هسته اتم‌ش یک پروتون و یک نوترون دارد و در طبیعت نایاب است (کمتر از ۰/۰۲ درصد) است. آب سنگین ( {\ce {D2O}}) که ترکیب دوتریم و اکسیژن است، در خواص شیمیایی مانند آب معمولی است و تنها در خواص فیزیکی با آن متفاوت است. این نوع آب در نیروگاه‌های هسته‌ای به عنوان خنک‌کننده و مهارگر راکتورهای هسته‌ای به کار می‌رود. نوشیدن زیاد یا طولانی این آب می‌تواند سبب عوارض جدی یا حتی مرگ بشود.
هیدروژن پرتوزا ( {\ce {^{3}_{1}T}}) یا تریتیم (به انگلیسی: Tritium) که در هسته اتم‌ش یک پروتون و دو نوترون دارد. این هیدروژن نیمه‌عمری برابر با ۸±۴۵۰۰ روز دارد و از دوتریم نیز نایاب‌تر است. کمی از این ماده در فضا و از راه تابش‌های فضایی تولید می‌شود و بیشتر تریتیم روی زمین، در آزمایشگاه و با راکتورهای هسته‌ای تولید می‌شود. تریتیم از راه یک واکنش بتازا به هلیم-۳ تبدیل می‌شود:
{\ce {^{3}T -> ^{3}_{2}He + e-}}
معمولاً اگر تعداد نوترون‌های هسته یک اتم ۱/۵ برابر تعداد پروتون‌هایش باشد، آن اتم پرتوزا می‌شود، ولی در یک قاعده کلی، همه عناصر سنگین‌تر از سرب پرتوزا هستند.