mini|desno|250px|Znak za opasnost od radioaktivnosti.
thumb|250px|Maglena komora s vidljivim linijama ionizirajućeg zračenja (kratke, debele: alfa-čestice; duge, tanke: beta-čestice).
250px|mini|desno|Elektronski uhvat.
mini|desno|250px|Slika Becquerelove fotografske ploče na kojoj se vidi djelovanje nevidljivog zračenja nastalo od uranijeve soli. Sjena metalnog Malteškog križa koji je bio smješten između uranijeve soli i fotografske ploče se jasno vidi.
250px|mini|desno|Alfa-zračenje može zaustaviti papir; beta-zračenje može zaustaviti aluminijski lim debeo nekoliko milimetara; a većinu gama-zračenja može zaustaviti desetak centimetara debela olovna ploča.
mini|250px|desno|Geigerov brojač ili Geiger-Müllerovo brojilo.
mini|desno|250px|Pokus s alfa-česticama i zlatnim listićem.
mini|desno|250px|Otklon katodnih zraka (elektroni – plava linija) zbog utjecaja električnog polja (žuto).
mini|desno|250px|Vrijeme poluraspada radioaktivnih izotopa ili radionuklida. Treba zapaziti da se teoretska linija za stabilne isotope Z = N (Z – atomski broj i N - broj neutrona), razdvaja od stvarnog odnosa atomskog broja i neutrona, što znači da se s povećanjem atomskog broja, povećava i nestabilnost atomskih jezgri.
mini|desno|250px|Izvor alfa-čestica ispod detektora ionizirajućeg zračenja.
mini|desno|250px|Dijagram prijelaza za vrste radioaktivnih raspada s neutronskim brojem N i atomskim brojem Z (prikazani su α, β±, p+ i n0 emisija, EC označava elektronski uhvat).
Radioaktivnost ili radioaktivno zračenje je spontano emitiranje alfa-čestica i beta-čestica iz kemijske tvari, često praćeno i emisijom gama elektromagnetskih valova, pri čemu kemijski elementi prelaze iz jednih u druge te se oslobađa energija u obliku kinetičke energije emitiranih čestica ili energije elektromagnetskih valova. Svaka atomska jezgra ima karakteristično vrijeme poluraspada.
Radioaktivni raspad je pretvaranje jedne atomske jezgre u drugu uz emitiranje alfa-čestica ili beta-čestica i gama-zračenja. Već prema vrsti, to pretvaranje može biti alfa raspad, beta raspad i elektronski uhvat. Rjeđe se događaju raspadi emisijom jednog ili dva protona, neutrona, a teže jezgre mogu pri raspadu emitirati i ugljik 14C. Do radioaktivnoga raspada dolazi zbog nestabilnosti atomske jezgre. Neke su atomske jezgre prirodno nestabilne, a neke to mogu postati pošto su na njih djelovale čestice velike energije.
U radioaktivnim procesima, elementarne čestice ili elektromagnetska zračenja emitiraju se iz jezgri atoma. Najuobičajeniji oblici zračenja tradicionalno se nazivaju alfa-čestice (α), beta-čestice (β) i gama (γ) zračenjima. Zračenja iz jezgre se događaju i u drugim oblicima, uključujući emitiranje protona ili neutrona, te spontanih nuklearnih fisija (cijepanja) masivnih jezgri. Od svih jezgri koje su pronađene u prirodi, mnoge su stabilne. To je zbog toga što su se sve kratkoživuće radioaktivne jezgre raspale tijekom povijesti Zemlje. U prirodi se nalazi oko 270 stabilnih i oko 50 prirodnih radioaktivnih izotopa. Tisuće drugih radioaktivnih izotopa umjetno su stvarani u laboratorijima.
Radioaktivni raspad pretvara jednu jezgru u drugu ako nova jezgra ima veću energiju vezanja po nukleonu nego što je imala početna jezgra. Razlika u energiji vezanja (prije i poslije raspada) određuje koji se raspadi mogu energijski događati, a koji ne. Višak će energije vezanja izlaziti u obliku kinetičke energije ili mase čestica u raspadu. "Od rude do žutog kolača", Nuklearna elektrana Krško, 2011.
Nuklearni raspadi moraju zadovoljiti nekoliko zakona očuvanja energije, podrazumijevajući da vrijednost očuvane veličine nakon raspada (uzimajući u obzir sve produkte) ima jednaku vrijednost kao i za jezgru prije raspada. Očuvane veličine su ukupna energija (uključujući ekvivalent energije mase), električni naboj, linearna i kutna količina gibanja, broj nukleona, te leptonski broj (to jest suma broja elektrona, neutrina, te pozitrona i antineutrina, uzimajući antičestice s−1). "4.1 FIZIKA NEK-a - Fisija", Nuklearna elektrana Krško, e-škola, 2011.
Povijest Godine 1895. otkrio je W. C.Röntgen zagonetne X-zrake (rendgenske zrake) i izazvao velik interes za svjetlucanje raznih tvari. Ispitujući 1896. fosforescenciju, opazio je A. H. Becquerel da neke uranijeve soli bez ikakvog vanjskog povoda šalju neke nevidljive zrake, koje prolaze kroz metalne listiće i crne fotografsku ploču. Godine 1898. našla je M. Sklodowska-Curie isto takvo zagonetno zračenje kod torijevih spojeva. Malo zatim ona je utvrdila, da zračenje ne zavisi od kemijskog spoja i prema tome mora biti čista osobina atoma. Tražeći izvore novog zračenja, Sklodowska-Curie otkrila je u punom poletu pokusnog rada polonij i radij. Novootkriveni kemijski element, radij, zračio je oko milijun puta jače od uranija i po tome je dobio ime.
Prirodnu radioaktivnost otkrio je A. H. Becquerel 1896. uočivši da uranijeve soli emitiraju nevidljivo zračenje koje djeluje na fotografsku ploču kroz zaštitni papir slično rendgenskim zrakama te da pod utjecajem toga zračenja elektroskop gubi električni naboj. Primijetio je da uranijeve soli stalno u mraku fluoresciraju. Tako na primjer, čisti kalijev uranil sulfat u mraku stalno svijetli slabom zelenkastom luminiscentnom svijetlošću. Daljnjim ispitivanjem, Becquerel je pronašao da zračenje koje izazivaju uranijevi spojevi ioniziraju zrak (ionizirajuće zračenje), izazivaju fluorescenciju i prolaze kroz papir, pločice aluminija i bakra. Kroz zatvoreni spremnik one djeluju na fotografsku ploču, a djeluju i na našu kožu i klice raznih biljaka. Utvrdio je da ti zraci imaju slična svojstva kao rendgenske zrake (X – zrake), pa su se u početku te zrake nazivale i Becquerelove zrake. 1899. je Becquerel pronašao da te zrake skreću u magnetskom polju, pa se razlikuju od rendgenskih zraka, koje ne skreću u magnetskom polju. "Povijest fizike", Ivan Supek, 2011.
M. Curie-Skłodowska otkrila je 1898. takvo zračenje kod torijevih spojeva, te da se na zračenje ne može utjecati električnom strujom, zagrijavanjem, kemijskim reakcijama i slično, da se radioaktivni kemijski elementi pretvaraju jedni u druge i da je vjerojatnost raspada neovisna o starosti pojedinog atoma. Otkrila je da uranijev mineral uraninit (pehblend) emitira pet puta jače zrake nego čisti uranij. Kada je išla istraživati uraninit, pronašla je da se sastoji 75% od uranijevog oksida U3O8, a pronašla je još i neke druge kemijske tvari: PbS, CaO, SiO2, FeO, MgO i Bi. 1898. je Marie mjerila zračenje pojedinih udjela, pomoću osjetljivog elektroskopa, uz primjenu piezoelektriciteta i ionizacije zraka. Utvrdila je na primjer da bizmut, dobiven iz uraninita, ima 60 puta jače zračenje od čistog uranija. Pronašla je da bizmutovo jako zračenje nastaje zbog prisustva naznatne količine jednog nepoznatog kemijskog elementa, za koji se kasnije utvrdilo da je radij. Zato je predložila da se kemijski elementi koji izazivaju Becquerelove zrake nazovu radioaktivni elementi, a njihovo svojstvo radioaktivnost. Tek 1910. je uspjela izdvojiti radij.
E. Rutherford otkrio je 1899. da se zračenje radija sastoji od dvije komponente koje se različito apsorbiraju u tvarima. Onu vrstu zraka koje ne mogu proći kroz aluminijsku pločicu debljine 0,02 mm nazvao je alfa-česticama, a onu vrstu koja je prolazila i kroz deblje slojeve nazvao je beta-česticama. Na osnovu skretanja u magnetskom polju, utvrdeno je da alfa-čestice imaju pozitivni električni naboj, a beta-čestice negativan električni naboj. "Kemija I", chem.grf.unizg.hr, 2011.
Godine 1899. pokazali su nezavisno Giesel, te Meyer i Schweidler, da zračenje može biti djelomično svinuto i rastavljeno jakim magnetom. Prema tome kako se ponašaju u magnetskom polju, možemo odmah razlučiti 3 vrste zraka. Jedne se svijaju kao struja pozitivno nabijenih čestica, druge kao struja negativnih čestica, a na treće uopće ne djeluje magnetsko polje. Prve su nazvane alfa-zrakama, druge beta-zrakama, a treće gama-zrakama. Alfa zrake i beta zrake mogu se ispitivati po Thomsonovoj ili Astonovoj metodi i tako odrediti omjer između naboja i mase čestica. Za beta-zrake dobije se isti omjer kao i kod katodnih zraka. Prema tome nije moglo biti sumnje da se tu radi o vrlo brzim elektronima. Pomoću scintilacije, Wilsonove komore ili Geiger-Müllerova brojila može se odrediti broj alfa-čestica koje emitira radioaktivna tvar. Istodobno može se izmjeriti i ukupna električna struja alfa-zračenja. Omjer između ukupnog električnog naboja i broja čestica daje električni naboj alfa-čestice. S velikom točnošću je izmjereno, da naboj alfa čestice iznosi +2e. Iz savijanja alfa-čestica u magnetskom polju može se izračunati omjer između električnog naboja i mase. Odatle izlazi da je masa alfa-čestice 4 puta veća od mase vodikova atoma. Alfa čestice su prema tome kanalne zrake helija. Što se tiče treće vrste zraka, one se ponašaju slično kao vrlo prodorne rendgenske zrake. Pokusi dokazuju nedvojbeno da su gama-zrake elektromagnetski valovi vrlo male valne duljine.
Najupadljivije je kod radioaktivnih pojava da se alfa i beta-čestice kreću s vrlo velikim brzinama. Brzina elektrona približuje se brzini svjetlosti. Najbrže čestice ispitivanih beta-čestica dostižu 99% brzine svjetlosti. Da se u laboratoriju s katodnim zrakama postignu tako velike energije, morao bi se upotrijebiti električni napon od preko milijun volti.
P. Villard je 1900. otkrio još prodorniju komponentu, gama-zrake. E. Rutherford i F. Soddy (1902.) na temelju analize gibanja zrakâ u magnetskom polju objasnili su prirodu radioaktivnosti. W. Pauli postavio je 1930. hipotezu o postojanju neutrina, tadašnjim detektorima neuhvatljive čestice koja odnosi dio energije u beta raspadu. E. Fermi postavio je 1933. prvu strogu teoriju beta raspada koja pretpostavlja da prijelaz neutrona u proton ili obratno uzrokuje slabo nuklearno međudjelovanje, a pritom dolazi do simultane emisije ili apsorpcije elektrona i neutrina. I. Joliot-Curie i F. Joliot-Curie prvi su 1934. umjetno izazvali radioaktivnost i proizveli umjetni radioizotop stabilnog elementa.
U početku su vladale sasvim pogrešne predodžbe o postanku zračenja. Kad se za 7 godina svestranog ispitivanja otkrilo veliko mnoštvo različitih radioaktivnih tvari, bivalo je sve jasnije da između njih mora postojati neka genetska veza. Godine 1903. dokazali su E. Rutherford i F. Soddy da se iz torija razvija jedan plin koji se kondenzira na temperaturi od – 120 °C. Iste godine našao je Dorn da se iz radija razvija jedna takva tvar koja se pretvara u tekućinu na temperaturi od – 150 °C. U toj odlučnoj godini utvrdili su Ramsay i F. Soddy da je snažno zračenje radijeve emanacije praćeno razvijanjem helijeva plina. Pod težinom svih tih pokusnih činjenica Rutherford je konačno izrekao zaključak da je radioaktivnost vezana s pretvorbama kemijskih elemenata. Radioaktivni atomi sami od sebe izbacuju elektrone i alfa-čestice i pri tom doživljavaju temeljnu promjenu svoje prirode.
Radioaktivne tvari se dijele prema tome da li njihovi atomi emitiraju alfa-čestice ili elektrone. Jedan atom koji izbaci helijev ion mora se, naravno, uvelike promijeniti. Prema Soddyju i Faillanceu za radioaktivno raspadanje vrijede ovi zakoni: emisija alfa-čestica prouzrokuje smanjenje rednog broja kemijskog elementa (atomski broj Z) za 2, a atomske težine A za 4; emisija elektrona (beta-čestica) ne mijenja se osjetno atomska težina kemijskog elementa A, ali se njegov redni broj Z poveća za 1; emisija gama-zraka ne uzrokuje pretvorbu kemijskog elementa.