กัมมันตภาพรังสี

ในนิวเคลียสของธาตุจะประกอบด้วย นิวตรอน (neutron) และ โปรตอน (proton) แต่ก็มีกรณีพิเศษอย่างธาตุไฮโดรเจนที่นิวเคลีนสมีเพียงโปรตอนเท่านั้น ในการเขียนสัญลักษณ์แทนนิวเคลียสของธาตุต่างๆ จะนิยมเขียนในรูปแบบ

โดยที่ 

•   คือ จำนวนโปรตอน   
•   คือ จำนวนนิวตรอน   
•   คือ เลขมวล หรือจำนวนนิวตรอนรวมกับโปรตอน

ตัวอย่างเช่น   เป็นต้น

ในกรณีที่ธาตุมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันจะเรียกว่า ไอโซโทป (isotope) เช่น
ไอโซโทป  มีเพียง 1.1% ในธรรมชาติเท่านั้น  

คำศัพท์ที่มักพบในเรื่องฟิสิกส์นิวเคลียร์ได้แก่

• นิวคลีออน คือ อนุภาคที่อยู่ในนิวเคลียส(โปรตอน นิวตรอน)
• ไอโซโทป คือธาตุที่จำนวนโปรตอนเท่ากัน
• ไอโซโทน คือธาตุที่จำนวนนิวตรอนเท่ากัน
• ไอโซบาร์ คือธาตุที่เลขมวลเท่ากัน

        ในธรรมชาตินั้นประกอบด้วยธาตุที่เสถียรและธาตุที่ไม่เสถียร โดยธาตุที่ไม่เสถียรจะมีการสลายตัว และเกิดกัมมันตรังสี แบ่งได้เป็น 3 แบบ ได้แก่ สลายตัวเป็นกัมมัตรังสี แอลฟา บีตา และ แกมมา ธาตุที่สลายตัวและเกิดกัมมันตรังสี เรียกว่า ธาตุกัมมันตรังสี ส่วน กระบวนการที่เกิดการแผ่รังสีออกมาเรียกว่า กัมมันตภาพรังสี

รังสีแอลฟา  

เป็นลำของอนุภาคที่เป็นนิวเคลียสของฮีเลียม โดยมีประจุไฟฟ้า +2e และมีมวลเท่ากับ
4 u (e = 1.6 x 10^-19 C, u = 1.66 x 10^-27 kg)
มักจะเกิดในธาตุหนักๆ ที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนมากเกินไป ตัวอย่างเช่น Radium 226 () จะสลายตัวให้รังสีแอลฟา และเปลี่ยนเป็น radon-222 ()

เราสามารถเขียนสมการการสลายตัวได้เป็น

หรือสามารถเขียนในรูปทั่วไปได้เป็น

รังสีบีตา  

เป็นลำของอนุภาคที่เป็นอิเล็กตรอนหรือโพซิตรอน ซึ่งมีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอนแต่มีประจุ +1e โดยจำแนกได้ดังต่อไปนี้

อิเล็กตรอน

มีประจุ -1e การสลายตัวในโหมดนี้มักเกิดกับธาตุที่มีจำนวนนิวตรอนมากๆ เมื่อสลายตัวให้อิเล็กตรอนจะมีอนุภาคที่ไม่มีประจุคือ แอนตินิวตริโน() ออกมาด้วย ตัวอย่างการสลายตัวของนิวตรอน

เราสามารถเขียนสมการการสลายตัวได้เป็น

หรือสามารถเขียนในรูปทั่วไปได้เป็น

โพซิตรอน

มีประจุ +1e การสลายตัวในโหมดนี้มักเกิดกับธาตุที่มีจำนวนโปรตอนมากๆ เมื่อสลายตัวให้อิโพซิตรอนจะมีอนุภาคที่ไม่มีประจุคือ นิวตริโน() ออกมาด้วย

ตัวอย่างเช่น

หรือสามารถเขียนในรูปทั่วไปได้เป็น

รังสีแกมมา   

มีลักษณะที่ต่างการแอลฟาและบีตาคือ แกมมาจะเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีพลังงานสูง เกิดจากนิวเคลียสที่มีพลังงานมากเกินไป จึงมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาจากนิวเคลียส

เราสามารถแยกแยะรังสีเหล่านี้ได้จากการที่รังสีผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็ก หรือ สนามไฟฟ้า โดยอนุภาคที่มีประจุอย่าง แอลฟากับบีตา จะเกิดอันตรกิริยากับสนามทำให้เกิดการเลี้ยวเบน และรังสีที่ไม่มีประจุอย่างแกมมาจะผ่านสนามไปโดยไม่เลี้ยวเบน ดังแสดงในรูปข้างล่าง

ปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นจะมีด้วยกันหลายรูปแบบ ได้แก่ 

• การสลายตัว
• การชนกันแล้วแตกตัว

หลักการในการพิจารณาปฏิกิริยานิวเคลียร์มีดังต่อไปนี้

1. ผลรวมของเลขมวล(A)ก่อนเกิดปฏิกิริยา เท่ากับ ผมรวมเลขมวลหลังเกิดปฏิกิริยา
2. ผลรวมของเลขอะตอม(Z)ก่อนเกิดปฏิกิริยา เท่ากับ ผมรวมเลขอะตอมหลังเกิดปฏิกิริยา

ปฏิกิริยานิวเคลียร์จะเขียนในรูปทั่วไปเป็น

ซึ่งสามารถเขียนเป็นรูปย่อๆได้เป็น  

โดยที่  

•    คือนิวเคลียสที่เป็นเป้า
•    คืออนุภาคที่เข้าชนเป้า
•   คือนิวเคลียสที่ได้มาหลังจากการแตกตัว
•    คืออนุภาคที่ออกมาหลังเกิดปฏิกิริยา

ตัวอย่างเช่น     
ซึ่งเขียนย่อได้เป็น