原子核自發的放出 alpha 粒子或 beta 粒子，由於核電荷數變瞭，原子核在元素周期表中的位置也變瞭，這種變化稱為原子核的衰變。

例如鈾238放出一個alpha 粒子後，新核變為釷234，這種衰變過程叫做alpha 衰變。衰變方程如下：

U_{92}^{238}rightarrow Th_{90}^{234}+He_{2}^{4}

衰變過程中，電荷數和質量數都守恒。

新產生的釷234也具有放射性，它能放出一個beta 粒子而變為 Pa_{91}^{234} ，由於電子的質量比核子的質量小得多，因此，可以認為電子的質量數為0、電荷數為-1，電子可以表示為 e_{-1}^{0} ，釷234的衰變方程為：

Th_{90}^{234}rightarrow Pa_{91}^{234}+e_{-1}^{0}

釋放出 beta 粒子的衰變叫做beta 衰變^[1]。

beta 衰變的實質：

其實質在與核內的中子轉化成瞭一個質子和一個電子，轉化方程為：

n_{0}^{1}rightarrow H_{1}^{1}+e_{-1}^{0}

這種轉化產生的電子發射到核外，就是 beta 粒子。

alpha 衰變的實質：

在一定條件下，原子核的兩個中子和兩個質子會結合起來形成 alpha 粒子，並被釋放出來，此時原子核發生alpha衰變。

原子核的能量同樣是不連續的，存在著能級，能級越低越穩定。

放射性的原子核在發生 alpha 衰變、 beta 衰變時產生的新核處於高能級，這時它要向低能級躍遷，並放出 gamma 光子，因此， gamma 射線經常伴隨α射線和 beta 射線產生的。

半衰期

很多元素都存在一些具有放射性的同位素，放射性同位素衰變快慢有一定規律。例如氡222經過 alpha 衰變成為釙218的過程。

從圖可以看出，每過3.8天，就有一半的氡發生瞭衰變，但是我們無法得到放射性元素全部衰變的日期。因此，我們可以用“半衰期”來表示放射性元素衰變的快慢。放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。

不同的元素，半衰期不同，甚至差別巨大，例如鐳226衰變為氡222的半衰期為1620年，鈾238衰變為釷234的半衰期長達 4.5times 10^{9} 年。

半衰期是大量核子發生衰變的統計學規律，對於一個特定的氡原子，我們隻知道它發生衰變的概率，而不知道它何時衰變。氡核可能在下 1s 就衰變，也可能在 10min 之內衰變，也可能在100萬年之後在衰變。但是對於大量氡核，我們就可以準確的預測在1s、 10min 、 100 萬年後，各會剩下百分之幾沒有衰變。

半衰期是由核內部自身的因素決定，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關系。也就是說，一種放射性元素，不管以單質形式存在還是與其他元素形成化合物，或者施加壓力、溫度，半衰期都不會改變。

碳14測年技術

自然界中的碳主要是碳12，也有少量碳14。宇宙射線進入地球大氣層時，同大氣作用產生中子，中子撞擊大氣中的氮引發反應產生碳14。核反應方程為：

N_{7}^{14}+n_{0}^{1}rightarrow C_{6}^{14}+H_{1}^{1}

C_{6}^{14} 具有放射性，能發生 beta 衰變而變成氮，核反應方程為：

C_{6}^{14}rightarrow N_{7}^{14}+e_{-1}^{0}

碳14的半衰期 T_{1/2} 為5730年，碳14不斷產生又不斷衰變，達到動態平衡。因此在大氣中的含量費城穩定，每大約 10^{12} 個碳原子中含有一個碳14。活的植物通過光合作用與呼吸作用與大氣環境交換碳元素，體內碳14含量與大氣一致。植物死後，遺體內的碳14在不斷衰變，但是得不到補充。因此根據放射性強度的減小情況（測量碳14含量）就可以植物死亡時間。

參考

1. ^ β衰變除瞭產生電子，還產生中微子，中微子電荷數和質量數都是0