إن النشاط الإشعاعي الذي اكتشفه أنطونيو هنري بيكريل لأول مرة (1852 إلى 1908) في عام 1896، هو ظاهرة ينبعث فيها الإشعاع من نوى العناصر، حيث يمكن أن يكون هذا الإشعاع على شكل جسيمات أو إشعاع كهرومغناطيسي أو كليهما، نظرًا لأن الجسيمات (نوى الهليوم) مشحونة إيجابًا وجسيمات بيتا (الإلكترونات) مشحونة سالبًا، فإنها تنحرف في اتجاهين متعاكسين.
النشاط الإشعاعي
يشير الاختلاف في نصف قطر الانحناء إلى أن الجسيمات أثقل بكثير من جسيمات بيتا، ومن ناحية أخرى، فإن (أشعة غاما) التي تشبه الأشعة السينية باستثناء أصلها النووي ليس لها شحنة، وبالتالي فهي لا تتأثر بالمجال المغناطيسي، وعلى الرغم من أن الجسيمات الموجودة داخل النواة تمتلك طاقة حركية، فإن هذه الطاقة في نواة مستقرة ليست كافية لأي من الجسيمات لاختراق الحاجز النووي.
ومع ذلك، فإن النواة المشعة لديها طاقة زائدة يعاد توزيعها باستمرار بين النكليونات عن طريق الاصطدامات المتبادلة. كمسألة احتمالية، قد يكتسب أحد الجسيمات طاقة كافية للهروب من النواة، وبالتالي تمكين النواة من تحقيق حالة طاقة أقل. أيضًا، قد يظل انبعاث الجسيم يترك النواة في حالة من الإثارة، وفي هذه الحالة، ستستمر النواة في التنازل عن حالات الطاقة المنخفضة عن طريق انبعاث الجسيمات أو أشعة جاما حتى يتم الوصول إلى الحالة المستقرة (الأرضية).
التفكك الإشعاعي والسلسلة المشعة
إن عملية التحلل أو التفكك الإشعاعي هي ظاهرة إحصائية، وفي حين أنه من غير الممكن معرفة متى تتفكك ذرة معينة، يمكن للمرء أن يتوقع بدقة، في مجموعة كبيرة من الذرات النسبة التي ستتفكك في وقت معين، كما تعتمد رياضيات الاضمحلال الإشعاعي على حقيقة بسيطة مفادها أن التغيير في عدد الذرات لكل وحدة زمنية، يتناسب مع عدد الذرات المشعة (N) الموجودة.
هناك مجموعه من 118 عنصرًا معروفًا اليوم من بين هؤلاء، أول 92 (من Z = 1 إلى Z = 92) تحدث بشكل طبيعي، كما تم إنتاج الآخرين بشكل مصطنع، وبشكل عام فإن العناصر ذات العدد الذري الأقل تميل إلى أن تكون مستقرة بينما العناصر ذات عدد ذري الأعلى تكون مشعة، كما يبدو أنه مع زيادة عدد الجسيمات داخل النواة، حيث تصبح القوى التي تحافظ على الجسيمات معًا أقل فعالية، وبالتالي تزداد فرص انبعاث الجسيمات، حيث يقترح هذا من خلال ملاحظة أن جميع العناصر التي يزيد فيها العدد الذري أكبر من 82 (الرصاص) مشعة.
تم تجميع جميع العناصر المشعة التي تحدث بشكل طبيعي في ثلاث سلاسل: سلسلة اليورانيوم وسلسلة الأكتينيوم وسلسلة الثوريوم، كما نشأت سلسلة اليورانيوم (238 ^U ) ولها عمر نصف يبلغ (4.51 × 109) سنوات وتمر بسلسلة من التحولات التي تتضمن انبعاث جسيمات ألفا وبيتا، كما تنتج أشعة g أيضًا نتيجة لبعض هذه التحولات.
تبدأ سلسلة الأكتينيوم من (235 ^U) بعمر نصف يبلغ 7.13 × 108 سنوات وتبدأ سلسلة الثوريوم بـ (232 ^Th) بعمر نصف يبلغ 1.39 × 1010 سنوات، كما تنتهي كل السلاسل عند النظائر المستقرة للرصاص بأرقام كتلتها 206 و 207 و 208 على التوالي. كمثال، ولأنه يتضمن الراديوم كأحد نواتج الاضمحلال.
التوازن الإشعاعي
تخضع العديد من النويدات المشعة لتحولات متتالية حيث تؤدي النيوكليدات الأصلية، المسماة الأم إلى ظهور نواة منتج مشعة تسمى الابنة، كما تقدم السلسلة المشعة التي تحدث بشكل طبيعي أمثلة على مثل هذه التحولات، إذا كان عمر النصف للوالد أطول من عمر الابنة، فبعد فترة زمنية معينة سيتم تحقيق حالة توازن، أي أن نسبة نشاط الابنة إلى نشاط الوالدين ستصبح ثابتة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن معدل الانحلال الظاهر للنويدات البنت يخضع بعد ذلك لعمر النصف أو معدل التفكك للوالد، كما تم تحديد نوعين من التوازن الإشعاعي، اعتمادًا على فترات نصف العمر النسبية للنويدات الأم وابنتها، إذا لم يكن عمر النصف للوالد أطول بكثير من عمر الابنة، فإن نوع التوازن الذي تم إنشاؤه يسمى التوازن العابر، ومن ناحية أخرى، إذا كان عمر النصف للوالد أطول بكثير من عمر الابنة، فيمكن أن يؤدي إلى ما يعرف بالتوازن العلماني.
في حالة التوازن العابر، يكون الوقت للوصول إلى قيمة التوازن كبيرًا جدًا مقارنة بنصف عمر الابنة، هذا يجعل المصطلح الأسي صغيرًا بشكل مهم، ووبالتالي، بعد تحقيق التوازن العابر، كما يتم إعطاء الأنشطة النسبية للنويدات، كما يعتبر مصدر الراديوم في أنبوب أو إبرة مختومة (للاحتفاظ بغاز الرادون) مثالاً ممتازًا على التوازن الدنيوي، وبعد وقت أولي (حوالي شهر واحد)، تكون جميع منتجات الابنة في حالة توازن مع الوالد.
