Deret radioaktif
Sejarah

Semua unsur dan isotop yang ditemukan di Bumi, dengan pengecualian hidrogen, deuterium, helium, helium-3, dan mungkin sejumlah kecil isotop litium dan berilium stabil yang tercipta saat Ledakan Dahsyat, diciptakan dengan proses s atau proses r di dalam bintang atau tabrakan bintang, dan bagi mereka yang sekarang menjadi bagian dari Bumi, pasti telah tercipta tidak lebih dari 4,5 miliar tahun yang lalu. Semua elemen yang tercipta lebih dari 4,5 miliar tahun yang lalu disebut primordial, artinya mereka dihasilkan oleh proses bintang alam semesta. Pada saat mereka diciptakan, mereka yang tidak stabil mulai meluruh dengan segera. Semua isotop yang memiliki waktu paruh kurang dari 100 juta tahun telah direduksi menjadi 2,8×10−12% atau kurang dari berapa pun jumlah aslinya yang diciptakan dan ditangkap oleh pertumbuhan Bumi; mereka merupakan jumlah jejak hari ini, atau telah meluruh sama sekali. Hanya ada dua metode lain untuk membuat sebuah isotop: secara artifisial, di dalam reaktor buatan (atau mungkin alami), atau melalui peluruhan spesies isotop induk, proses yang dikenal sebagai rantai peluruhan.
Isotop yang tidak stabil meluruh menjadi produk turunannya (yang terkadang bahkan lebih tidak stabil) pada laju tertentu; akhirnya, seringkali setelah serangkaian peluruhan, isotop stabil tercapai: ada sekitar 200 isotop stabil di alam semesta. Dalam isotop stabil, unsur-unsur ringan biasanya memiliki rasio neutron terhadap proton yang lebih rendah di dalam intinya daripada unsur-unsur yang lebih berat. Unsur ringan seperti helium-4 memiliki rasio neutron:proton yang mendekati 1:1. Unsur terberat seperti timbal memiliki hampir 1,5 neutron per proton (misalnya 1,536 dalam timbal-208). Tidak ada nuklida stabil yang lebih berat daripada timbal-208; unsur yang lebih berat ini harus melepaskan massa untuk mencapai stabilitas, biasanya sebagai peluruhan alfa. Metode peluruhan umum lainnya untuk isotop dengan rasio neutron terhadap proton (n/p) yang tinggi adalah peluruhan beta, di mana nuklida mengubah identitas unsur sambil mempertahankan massa yang sama dan menurunkan rasio n/pnya. Untuk beberapa isotop dengan rasio n/p yang relatif rendah, terdapat peluruhan beta terbalik, di mana proton diubah menjadi neutron, sehingga bergerak menuju isotop stabil; namun, karena fisi hampir selalu menghasilkan produk neutron yang berat, emisi positron relatif jarang dibandingkan dengan emisi elektron. Ada banyak rantai peluruhan beta yang relatif pendek, setidaknya dua (peluruhan beta yang berat dan peluruhan positron yang ringan) untuk setiap berat diskrit hingga sekitar 207 dan beberapa di atasnya, tetapi untuk unsur-unsur bermassa lebih tinggi (isotop yang lebih berat daripada timbal) hanya ada empat jalur yang mencakup semua rantai peluruhan. Ini karena hanya ada dua metode peluruhan utama: radiasi alfa, yang mengurangi massa sebesar 4 satuan massa atom (atomic mass units, amu), dan beta, yang tidak mengubah massa atom sama sekali (hanya nomor atom dan rasio p/n). Keempat jalur tersebut disebut 4n, 4n + 1, 4n + 2, dan 4n + 3; sisa dari membagi massa atom dengan empat memberikan rantai yang akan digunakan isotop untuk meluruh. Ada mode peluruhan lain, tetapi mereka selalu terjadi pada probabilitas yang lebih rendah daripada peluruhan alfa atau beta. (Seharusnya rantai ini tidak memiliki cabang: diagram di bawah menunjukkan beberapa cabang rantai, dan kenyataannya ada lebih banyak lagi, karena ada lebih banyak isotop yang mungkin daripada yang ditunjukkan dalam diagram.) Misalnya, atom ketiga nihonium-278 yang disintesis mengalami enam peluruhan alfa menjadi mendelevium-254, diikuti oleh penangkapan elektron (suatu bentuk peluruhan beta) menjadi fermium-254, dan kemudian alfa ketujuh menjadi kalifornium-250, yang di atasnya ia akan mengikuti rantai 4n + 2 seperti yang diberikan dalam artikel ini. Namun, nuklida superberat terberat yang disintesis tidak mencapai empat rantai peluruhan, karena mereka mencapai nuklida fisi spontan setelah beberapa peluruhan alfa yang mengakhiri rantai: inilah yang terjadi pada dua atom pertama nihonium-278 yang disintesis, serta untuk semua nuklida yang lebih berat yang dihasilkan.
Tiga dari rantai tersebut memiliki isotop (atau nuklida) berumur panjang di dekat bagian atas; isotop berumur panjang ini adalah hambatan dalam proses di mana rantai mengalir sangat lambat, dan membuat rantai di bawahnya "hidup" dengan aliran. Tiga nuklida berumur panjang adalah uranium-238 (waktu paruh = 4,5 miliar tahun), uranium-235 (waktu paruh = 700 juta tahun) dan torium-232 (waktu paruh = 14 miliar tahun). Rantai keempat tidak memiliki isotop bottleneck yang tahan lama, sehingga hampir semua isotop dalam rantai itu telah lama meluruh hingga mendekati stabilitas di bagian bawah. Di dekat ujung rantai itu ada bismut-209, yang sudah lama dianggap stabil. Namun, baru-baru ini, bismut-209 ditemukan tidak stabil dengan waktu paruh 20,1 juta triliun (2,01×1019) tahun; ia adalah langkah terakhir sebelum talium-205 yang stabil. Di masa lalu yang jauh, sekitar waktu tata surya terbentuk, ada lebih banyak jenis isotop berbobot tinggi yang tidak stabil yang tersedia, dan empat rantai lebih panjang dengan isotop yang telah meluruh. Hari ini kita telah memproduksi isotop yang telah punah, yang kembali mengambil tempat semula: plutonium-239, bahan bakar bom nuklir, sebagai contoh utama yang memiliki waktu paruh "hanya" 24.500 tahun, dan meluruh dengan emisi alfa menjadi uranium-235. Secara khusus, kami telah melalui produksi skala besar neptunium-237 berhasil membangkitkan rantai keempat yang telah punah sampai sekarang. Tabel di bawah ini memulai empat rantai peluruhan pada isotop kalifornium dengan nomor massa dari 249 hingga 252.