Radioaktivt henfall
kjernene til de fleste hverdagsatomer er stabile – det vil si at de ikke endres over tid. Denne utsagnet er imidlertid noe misvisende, fordi kjerner som ikke er stabile generelt ikke varer lenge og dermed ikke pleier å være en del av hverdagen. Faktisk er de fleste kjente isotoper av kjerner ikke stabile; i stedet går de gjennom en prosess som kalles radioaktivt henfall, som ofte endrer identiteten til det opprinnelige atomet.
i radioaktiv nedbrytning vil en kjerne forbli uendret i en uforutsigbar periode og deretter sende ut en høyhastighets partikkel eller foton, hvoretter en annen kjerne vil ha erstattet originalen. Hver ustabil isotop henfaller med en annen hastighet; det vil si at hver har en annen sannsynlighet for forfall innen en gitt tidsperiode (se forfallskonstant). En samling av identiske ustabile kjerner forfaller ikke alt på en gang. I stedet, som popcorn dukker i en panne, vil de forfall individuelt over en periode. Tiden det tar for halvparten av den opprinnelige prøven til forfall kalles halveringstiden for isotopen. Halveringstiden til kjente isotoper varierer fra mikrosekunder til milliarder av år. Uran-238 (238u) har en halveringstid på ca 4,5 milliarder år, noe som er omtrent den tiden som har gått siden dannelsen av solsystemet. Dermed Har Jorden omtrent halvparten AV 238U som den hadde da den ble dannet.
det finnes tre forskjellige typer radioaktiv nedbrytning. På slutten av det 19. århundre, da stråling fortsatt var mystisk, ble disse former for forfall betegnet alfa, beta og gamma. I alfaforfall sender en kjerne ut to protoner og to nøytroner, alle låst sammen i det som kalles en alfapartikkel (senere oppdaget å være identisk med kjernen til et normalt heliumatom). Datteren, eller forfalt, kjernen vil ha to færre protoner og to færre nøytroner enn originalen, og dermed vil være kjernen til et annet kjemisk element. Når elektronene har omorganisert seg (og de to overskytende elektronene har vandret av), vil atomet faktisk ha endret identitet.
i beta-forfall blir et av nøytronene i kjernen til et proton, et raskt bevegelig elektron og en partikkel kalt et nøytrino. Denne utslipp av raske elektroner kalles beta-stråling. Datterkjernen har en færre nøytron og en proton enn originalen, og er derfor igjen et annet kjemisk element.
i gamma forfall et proton eller nøytron gjør et kvantesprang fra en høyere til en lavere bane, emitting en høy-energi foton i prosessen. I dette tilfellet er den kjemiske identiteten til datterkjernen den samme som originalen.
når en radioaktiv kjerne henfaller, skjer det ofte at datterkjernen også er radioaktiv. Denne datteren vil forfalle i sin tur, og datterkjernen til det forfallet kan også være radioaktivt. Dermed kan en samling av identiske atomer over tid bli omgjort til en blanding av mange typer atomer på grunn av suksessive henfall. Slike henfall vil fortsette til stabile datterkjerner blir produsert. Denne prosessen, kalt en forfallskjede, opererer overalt i naturen. For eksempel henfaller uran-238 med en halveringstid på 4.5 milliarder år inn i thorium-234, som henfaller i 24 dager til protactinium-234, som også henfaller. Denne prosessen fortsetter til den kommer til lead-206, som er stabil (se uran-thorium-bly dating). Farlige elementer som radium og radon produseres kontinuerlig i jordskorpen som mellomtrinn i forfallskjeder.