Τα άτομα ως γνωστό αποτελούνται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια. Τα ηλεκτρόνια έχουν ένα αρνητικό φορτίο ενώ τα πρωτόνια ένα θετικό φορτίο. Επειδή το νετρόνιο αποτελεί στην πράξη συνδυασμό ενός πρωτονίου και ενός ηλεκτρονίου, εμφανίζεται χωρίς φορτίο. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια βρίσκονται στον πυρήνα του ατόμου ενώ τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε ορισμένες τροχιές. Πρακτικά, όλη (~99,9%) η μάζα ενός ατόμου βρίσκεται στον πυρήνα του δείχνοντας έτσι ότι ουσιαστικά τα ηλεκτρόνια δεν έχουν μάζα. Η μάζα ενός πρωτονίου ή ενός νετρονίου είναι ελαφρώς μόνο μεγαλύτερη από μία μονάδα ατομικής μάζας, ενώ η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι μόλις το 1/2000 της ίδιας μονάδας. Η συμμετοχή του ηλεκτρονίου στη μάζα του ατόμου είναι σχεδόν μηδαμινή.
Σχηματική απεικόνιση της δομής ενός ατόμου.
Αν και τα περισσότερα άτομα είναι σταθερά, πολλά στοιχεία έχουν ισότοπα (ίδιος ατομικός αριθμός, διαφορετικός μαζικός), τα οποία είναι ασταθή. Οι πυρήνες τους διασπώνται σε άλλα είδη πυρήνων, με ελευθέρωση ενέργειας. Ραδιενέργεια ονομάζεται η ακτινοβολία η οποία εκπέμπεται κατά τη ραδιενεργό αποσύνθεση (διάσπαση) ασταθών πυρήνων (νουκλιδίων) προς σταθερότερους πυρήνες. Η διάσπαση αυτή ακολουθείται από εκπομπή σωματιδίων και (όχι πάντα) ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Τα σωματίδια και η ακτινοβολία συνιστούν τη ραδιενέργεια. Η ραδιενέργεια υπάρχει στη φύση (φυσική ραδιενέργεια) από τότε πού δημιουργήθηκε ο πλανήτης μας, αλλά μπορεί να προκληθεί και τεχνητά με το «βομβαρδισμό» κάποιων βαρέων πυρήνων (με πολλά νετρόνια και πρωτόνια δηλαδή) με ταχέως κινούμενα σωματίδια (βλήματα). Τη φυσική ραδιενέργεια την ανακάλυψε ο Μπεκερέλ το 1896, και, εν συνεχεία, την μελέτησαν ο Pierre και η Marie Κιουρί, νομπελίστες φυσικοί και οι τρείς. Ένας τρόπος για να εκφρασθεί το πόσο γρήγορα διασπάται ένα ραδιενεργό στοιχείο, είναι ο λεγόμενος χρόνος υποδιπλασιασμού. Ακριβέστερα χρόνος υποδιπλασιασμού (ή ημιζωή), T1/2, είναι ο χρόνος ο οποίος απαιτείται, για να διασπαστεί η μισή από την αρχική ποσότητα του ραδιενεργού υλικού. Ο χρόνος υποδιπλασιασμού αποτελεί μέτρο της σταθερότητας της ραδιενεργού ουσίας, δηλαδή, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του, τόσο σταθερότερος είναι ο πυρήνας τού στοιχείου. Η ένταση κατά κάποιο τρόπο της ραδιενέργειας εκφράζεται με το μέγεθος πού καλούμε ενεργότητα. Αυτή υπολογίζεται με την απόλυτη τιμή του ρυθμού με τον οποίο διασπώνται οι πυρήνες ενός ραδιενεργού υλικού.
Ωστόσο είναι σημαντικό να αναφερθεί, ότι η πυρηνική ακτινοβολία που απελευθερώνεται με την διάσπαση των πυρήνων, συνίσταται σε σωματίδια άλφα (ή ακτίνες α), σωματίδια βήτα (ή ακτίνες β) και ακτινοβολία γάμμα (ή ακτίνες γ). Η ακτινοβολία γάμμα φέρει συνήθως την περισσότερη ενέργεια από τα προϊόντα των ραδιενεργών διασπάσεων.
Ωστόσο είναι σημαντικό να αναφερθεί, ότι η πυρηνική ακτινοβολία που απελευθερώνεται με την διάσπαση των πυρήνων, συνίσταται σε σωματίδια άλφα (ή ακτίνες α), σωματίδια βήτα (ή ακτίνες β) και ακτινοβολία γάμμα (ή ακτίνες γ). Η ακτινοβολία γάμμα φέρει συνήθως την περισσότερη ενέργεια από τα προϊόντα των ραδιενεργών διασπάσεων.
Είδη ιονιζουσών ακτινοβολιών:
Οι διασπάσεις των πυρήνων κατά την ραδιενέργεια, φυσική ή τεχνητή, είναι τριών ειδών και αντίστοιχα προκύπτουν τρία είδη ραδιενεργού ακτινοβολίας:
Διάσπαση α: κατά τον τύπο αυτό της ραδιενέργειας εκπέμπονται από τον ασταθή μητρικό πυρήνα πυρήνες του στοιχείου Ήλιον, οι οποίοι ονομάζονται σωμάτια α, και ο αρχικός πυρήνας μετατρέπεται σε πυρήνα άλλου στοιχείου (θυγατρικός). Λέμε ότι έχουμε μεταστοιχείωση, αφού ο θυγατρικός πυρήνας αντιστοιχεί σε άλλο στοιχείο. Έτσι όπως φαίνεται και στο σχήμα ο πυρήνας τού ασταθούς ουρανίου-238 εκπέμπει σωματίδια α και μετατρέπεται σε πυρήνα θορίου-234.
Διάσπαση β: στη περίπτωση αυτή έχουμε εκπομπή ηλεκτρονίου (β-) ή ποζιτρονίου (β+), αντιηλεκτρονίου δηλαδή, από τον μητρικό πυρήνα με την ταυτόχρονη μετατροπή νετρονίου σε πρωτόνιο ή πρωτονίου σε νετρόνιο στο εσωτερικό του. Και σ’ αυτή τη περίπτωση έχομε μεταστοιχείωση. Έτσι στα παρακάτω σχήματα πυρήνας βρωμίου μετατρέπεται σε πυρήνα κρυπτού με ταυτόχρονη εκσφενδόνιση ηλεκτρονίου (πρώτη), ή σε πυρήνα σεληνίου με ταυτόχρονη εκσφενδόνιση ποζιτρονίου (δεύτερη).
Ακτινοβολία γ : σ’ αυτή τη περίπτωση εκπέμπεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εξαιρετικά υψηλής συχνότητας, άρα και ενέργειας, από τον ασταθή αρχικό πυρήνα, ο οποίος έτσι έρχεται σε σταθερή κατάσταση χωρίς να υπάρξει μεταστοιχείωση.
Αποτελέσματα της ραδιενέργειας:
Γενικά, όπως γνωρίζουμε η ραδιενέργεια μπορεί να προκαλέσει σημαντικές επιπτώσεις, τόσο στον ανθρώπινο οργανισμό (επίδραση στους ιστούς και στα όργανα, πρόκληση μεταλλάξεων στο γενετικό υλικό, κίνδυνος ανάπτυξης καρκίνου) όσο και στο περιβάλλον (ραδιενεργός ρύπανση του ατμοσφαιρικού αέρα, του εδάφους και του νερού). Ωστόσο με τη σωστή χρήση της έγιναν σπουδαίες τεχνολογικές ανακαλύψεις (ανάπτυξη της πυρηνικής ιατρικής και της βιοχημικής ακτινογραφίας, δημιουργία πυρηνικής μπαταρίας).