การสลายตัวกัมมันตรังสี

การสลายให้อนุภาคแอลฟา เป็นการสลายให้กัมมันตรังสีชนิดหนึ่งที่นิวเคลียสของอะตอมปลดปล่อย อนุภาคแอลฟา เป็นผลให้อะตอมแปลงร่าง (หรือ "สลาย") กลายเป็นอะตอมที่มีเลขมวลลดลง 4 หน่วยและเลขอะตอมลดลง 2 หน่วย
การสลายให้กัมมันตรังสี (อังกฤษ: radioactive decay) หรือ การสลายของนิวเคลียส หรือ กัมมันตภาพรังสี (อังกฤษ: nuclear decay หรือ radioactivity) เป็นกระบวนการที่ นิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียร สูญเสียพลังงานจากการปลดปล่อยรังสี วัตถุใดที่ปลดปล่อยรังสีด้วยตัวเอง-เช่นอนุภาคแอลฟา, อนุภาคบีตา, รังสีแกมมา และ  อิเล็กตรอนจากกระบวนการการแปลงภายใน วัตถุนั้นจะถูกเรียกว่ามี "กัมมันตรังสี"
การสลายให้กัมมันตรังสีเป็นกระบวนการแบบ stochastic (เช่นแบบสุ่ม) ที่ระดับอะตอมเดียว ในกระบวนการนั้น ตาม "ทฤษฎีควอนตัม" มันไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าเมื่อไรที่อะตอมหนึ่ง ๆ จะสลายตัว โอกาสที่อะตอมใดอะตอมหนึ่งจะสลายตัวไม่เคยเปลี่ยนแปลง คือว่า มันไม่สำคัญว่าอะตอมได้มีอยู่นานมาแล้วแค่ไหน อย่างไรก็ตาม สำหรับแหล่งสะสมขนาดใหญ่ของอะตอม อัตราการสลายตัวสำหรับแหล่งสะสมนั้นสามารถคำนวณได้จาก "ค่าคงที่การสลายตัว" ของมันที่ถูกวัดได้หรือครึ่งชีวิตของมัน นี่คือพื้นฐานของเทคนิคการระบุวันที่ที่เรียกว่า radiometric dating หรือ radioactive dating ครึ่งชีวิตของอะตอมกัมมันตรังสีไม่มีข้อจำกัดสำหรับความสั้นหรือความยาวของระยะเวลา และช่วงตลอด 55 หน่วยแมกนิจูดของเวลา
การสลายให้กัมมันตรังสีมีหลายประเภท (ดูตารางด้านล่าง) การสลายหรือการสูญเสียพลังงานจากนิวเคลียส เกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่มีนิวเคลียสประเภทหนึ่งที่เรียกว่า นิวไคลด์รังสีพ่อแม่ (อังกฤษ: parent nuclide) (หรือไอโซโทปรังสีพ่อแม่) แปลงเป็นอะตอมตัวหนึ่งที่มีนิวเคลียสตัวหนึ่งที่อยู่ในสถานะที่แตกต่างกัน หรือที่มีนิวเคลียสตัวหนึ่งที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่แตกต่างกัน ผลิตภัณฑ์นี้เรียกว่า "นิวไคลด์ลูก" (อังกฤษ: daughter nuclide) ในการสูญสลายบางครั้ง นิวไคลด์ของพ่อแม่และของลูกมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน จึงเป็นผลให้กระบวนการสลายตัวทำการผลิตอะตอมของธาตุที่แตกต่างกัน กระบวนการนี้เรียกว่า การแปรนิวเคลียส (อังกฤษ: nuclear transmutation)
กระบวนการสลายตัวครั้งแรกที่ถูกค้นพบเป็นการสลายให้อนุภาคแอลฟา, การสลายให้อนุภาคบีตาและการสลายตัวให้รังสีแกมมา
การสลายให้อนุภาคแอลฟาจะเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสปลดปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา (นิวเคลียสของฮีเลียม) นี้เป็นกระบวนการที่พบมากที่สุดของการปลดปล่อยนิวคลีออน แต่ในรูปแบบที่หายากของการสลายตัวเช่นนิวเคลียสสามารถปลดปล่อยโปรตอน หรือในกรณีของการสลายตัวแบบของกลุ่มเช่นนิวเคลียสที่เฉพาะเจาะจงขององค์ประกอบอื่น ๆ
การสลายให้อนุภาคบีตาเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสปล่อยอิเล็กตรอนหรือโพสิตรอนและนิวตริโน ในกระบวนการที่เปลี่ยนแปลงโปรตอนให้เป็นนิวตรอนหรือในทางตรงกันข้าม นิวเคลียสอาจจับยึดอิเล็กตรอนที่กำลังโคจรในวงรอบ ทำให้โปรตอนแปลงเป็นนิวตรอนในกระบวนการที่เรียกว่าการจับยึดอิเล็กตรอน ทั้งหมดของกระบวนการเหล่านี้ส่งผลในสิ่งที่รู้กันดีว่าเป็นการแปลงพันธ์นิวเคลียส
การสลายให้รังสีแกมมาเป็นการสลายของนิวเคลียสของอะตอมในขณะที่มีการเปลี่ยนสถานะจากสถานะพลังงานสูงไปเป็นสถานะที่ต่ำกว่า แต่ก็อาจเกิดจากกระบวนการอื่น รังสีแกมมาเป็นการแผ่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงมาก ดังนั้นมันจึงประกอบด้วยโปรตอนพลังงานสูงหลายตัว รังสีแกมมาเป็นการแผ่รังสีแบบ ionization มันจึงมีอันตรายต่อชีวภาพ
ในทางตรงกันข้าม มีกระบวนการการสลายให้กัมมันตรังสีที่ไม่ส่งผลในการแปลงพันธ์นิวเคลียส พลังงานของนิวเคลียสที่ถูกกระตุ้นอาจถูกนำมาใช้เพื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนในวงโคจรในกระบวนการที่เรียกว่าการแปลงภายใน (อังกฤษ: internal conversion) นิวเคลียสที่อุดมไปด้วยนิวตรอนและถูกกระตุ้นอย่างสูงจะรวมตัวกันเป็นผลผลิตจากการสลายตัวแบบอื่น ๆ บางครั้งนิวเคลียสดังกล่าวมีการสูญเสียพลังงานโดยการปลดปล่อยนิวตรอน มีผลในการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบจากไอโซโทปหนึ่งไปยังอีกไอโซโทปหนึ่ง
อีกประเภทหนึ่งของการสลายให้กัมมันตรังสีส่งผลให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้กำหนดไว้ แต่ปรากฏในช่วงของ "ชิ้น" ของนิวเคลียสเดิม การสลายแบบนี้เรียกว่าฟิชชันเกิดเอง มันเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสขนาดใหญ่ที่ไม่เสถียรแบ่งตัวมันเองออกเป็นสอง (และบางครั้งสาม) นิวเคลียสลูกสาวที่มีขนาดเล็กกว่า และโดยทั่วไปจะนำไปสู่​​การปล่อยรังสีแกมมา หรือนิวตรอนหรืออนุภาคอื่น ๆ จากผลิตภัณฑ์เหล่านั้น
สำหรับตารางสรุปที่แสดงจำนวนของนิวคลีไอด์ที่มีกัมมันตรังสีและที่เสถียรในแต่ละหมวดหมู่ให้ดู radionuclide มียี่สิบเก้าองค์ประกอบทางเคมีบนโลกที่มีสารกัมมันตรังสี พวกมันเป็นพวกที่มีสามสิบสี่นิวไคลด์รังสีที่ย้อนเวลากลับไปในช่วงก่อนการก่อตัวของระบบสุริยะ และรู้จักกันว่าเป็นนิวไคลด์ดั้งเดิม (อังกฤษ: primordial nuclide) ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือยูเรเนียมและทอเรียม และยังรวมถึงไอโซโทปรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมานานแล้วเช่นโพแทสเซียม-40 อีกห้าสิบหรือมากกว่าสำหรับนิวไคลด์รังสีอายุสั้นกว่า เช่นเรเดียมและเรดอน ถูกพบบนโลก เป็นผลิตภัณฑ์ของเครือข่ายการสลายที่เริ่มต้นด้วยนิวไคลด์ดั้งเดิม และกระบวนการรังสีคอสมิกที่เกิดอย่างต่อเนื่องเช่นการผลิตคาร์บอน-14 จากไนโตรเจน-14 โดยรังสีคอสมิก นิวไคลด์รังสีอาจจะถูกผลิตโดยการสงเคราะห์เทียมในเครื่องเร่งอนุภาคหรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทำให้เกิด 650 ตัวของนิวไคลด์รังสีเหล่านี้ที่มีครึ่งชีวิตมากกว่าหนึ่งชั่วโมงและอีกหลายพันตัวมากขึ้นที่มีครึ่งชีวิตสั้นลงด้วยซ้ำ โปรดดูรายการของนิวไคลด์นี้ รายชื่อเหล่านี้เรียงตามครึ่งชีวิต
การสลายตัวหรือการสูญเสียพลังงานนี้ส่งผลให้อะตอมที่เป็น parent nuclide เปลี่ยนรูปไป กลายเป็นอะตอมอีกชนิดหนึ่งที่ต่างออกไป(ที่เรียกว่า daughter nuclide) ตัวอย่างเช่น อะตอมของ คาร์บอน-14 (C-14) (parent คาดว่า "ตัวตั้งต้น") แผ่รังสี และเปลี่ยนรูปกลายเป็น อะตอมของ ไนโตรเจน-14 (N-14) (daughter คาดว่า "ผลลัพธ์") กระบวนการนี้เกิดขึ้นแบบสุ่มในระดับของอะตอม จึงทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ว่า อะตอมที่สังเกตจะสลายตัวเมื่อใด แต่ถ้าเป็นการสังเกตการณ์อะตอมในปริมาณมากแล้ว เราสามารถคาดการณ์อัตราการสลายตัวโดยเฉลี่ยได้