放射性崩壊
原子核は+電荷を持つ陽子と電荷を持たない中性子で構成されており、これら陽子と中性子を総称として核子と呼ぶ。原子核の核子と核子はごく近い距離では引力が働き核子同士を結びつけるが、陽子同士の間には電磁気力として長距離的な斥力が働いているため、陽子と中性子のバランスによっては原子核は不安定性を抱えてしまう。原子は、その原子核の不安定性を解消するため放射性崩壊(英: radioactive decay)という原子核の崩壊現象を起こして安定な構成の原子に変化する。なお、放射性崩壊に際しては放射線が放出される。
放射性の原子が安定した原子に変化するためにとる崩壊で最もよく見られるのはベータ崩壊である。 しかしながら、ベータ崩壊は原子核の核子の数を変化させないため、核子の数が多すぎるために原子核が不安定となっている場合はベータ崩壊だけでは安定にはなれず、2個の陽子と2個の中性子からなるヘリウム原子核 He (アルファ粒子)を放出する崩壊であるアルファ崩壊で安定になろうとする。
ベータ崩壊の種類としては大別して、
中性子が陽子に変化するもの、β崩壊(陰電子崩壊) この崩壊では原子核が自発的に電子 e を放出し、1個の中性子 n が陽子 p に変換される。この過程は n ⟶ p + + e − {\displaystyle {\ce {{\mathit {n}}->{p^{+}}+{\mathit {e}}^{-}}}} と表される。なお、理論的には電子と同時に反ニュートリノ粒子の放出があるが、検出が極めて困難であることから書き表さない。 典型的なβ崩壊の例は放射性核種の C の崩壊であり、 C 14 ⟶ N 14 + e − {\displaystyle {\ce {^{14}C->{}^{14}{N}+{\mathit {e}}^{-}}}} と表す。
陽子が中性子に変化するもの、β崩壊(陽電子崩壊) この崩壊では原子核から+電荷をもった電子(陽電子、e)が放出され、次の反応が起こる p + ⟶ n + e + {\displaystyle {\ce {p^{+}->{\mathit {n}}+{\mathit {e}}^{+}}}}
電子捕獲(EC、または K 電子捕獲) この崩壊では原子核外の電子が原子核によって捕獲されて p + + e − ⟶ n {\displaystyle {\ce {{p^{+}}+{\mathit {e}}^{-}->{\mathit {n}}}}} の反応が起こる。
がある。なお、ベータ崩壊の原因は弱い相互作用である。