Атом состоит из ядра, окруженного облаками частиц, называемых электронами (см. рис.). В ядрах атомов — мельчайших частиц, из которых состоят все вещества, — содержится значительный запас энергии. Именно эта энергия высвобождается в виде радиации при распаде радиоактивных элементов. Радиация опасна для жизни, однако ядерные реакции могут использоваться для производства электричества. Радиация также используется в медицине.
Радиоактивность
Радиоактивность — это свойство ядер нестабильных атомов излучать энергию. Большинство тяжелых атомов нестабильны, а у более легких атомов бывают радиоизотопы, т.е. радиоактивные изотопы. Причина радиоактивности в том, что атомы стремятся стать стабильными (см. статью «Атомы и молекулы«). Существуют три вида радиоактивного излучения: альфа-лучи, бета-лучи и гамма-лучи. Они называются так по трем первым буквам греческого алфавита. Вначале ядро испускает альфа или бета-лучи, а если оно все еще остается нестабильным, ядро испускает и гамма-лучи. 
На рисунке вы видите три атомных ядра. Они нестабильны, и каждый из них испускает один из трех видов лучей. Бета-частицы – это электроны с очень большой энергией. Они возникают при распаде нейтрона. Альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов. Точно такой же состав имеет ядро атома гелия. Гамма-лучи – это электромагнитное излучение большой энергии, распространяющееся со скоростью света.
Альфа-частицы движутся медленно, и слой вещества более толстый, чем лист бумаги, задерживает их. Они ничем не отличаются от ядер атомов гелия. Ученые полагают, что гелий на Земле есть продукт естественной радиоактивности. Альфа-частица пролетает менее 10 см, и лист плотной бумаги задержит её. Бета-частица пролетает в воздухе около 1 метра. Задержать её может лист меди толщиной 1 миллиметр. Интенсивность гамма-лучей спадает наполовину при проходе через слой свинца в 13 миллиметров или слой воздуха в 120 метров.
Радиоактивные вещества транспортируются в свинцовых контейнерах с толстыми стенками, чтобы предотвратить утечку радиации. Воздействие радиации вызывает у человека ожоги, катаракту, рак. Уровень радиации измеряется при помощи счетчика Гейгера. Этот прибор издаёт щелчки при обнаружении радиоактивного излучения. Испустив частицы, ядро приобретает новый атомный номер и превращается в ядро другого элемента. Этот процесс называют радиоактивным распадом. Если новый элемент также нестабилен, процесс распада продолжается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро. К примеру, когда атом плутония-2 (его масса 242) испускает альфа-частицу относительная атомная масса которой 4 (2 протона и 2 нейтрона), он превращается в атом урана — 238 (атомная масса 238). Период полураспада — это время, за которое распадается половина всех атомов в образце данного вещества. Разные элементы имеют разные периоды полураспада. Период полураспада радия-221 равен 30 секунд, тогда как у урана он составляет 4,5 млрд. лет.
Ядерные реакции
Существуют два вида ядерных реакций: ядерный синтез и деление (расщепление) ядра. «Синтез» означает «соединение»; при ядерном синтезе два ядра соединяются и одно большое. Ядерный синтез может происходить только при очень высоких температурах. При синтезе выделяется огромное количество энергии. При ядерном синтезе два ядра соединяются в одно большое. В 1992 году спутник КОБЕ обнаружил в космосе особый вид радиации, что подтверждает теорию о том, что Вселенная образовалась в результате так называемого Большого взрыва. Из термина «расщепление» ясно, что ядра раскалываются, высвобождая ядерную энергию. Такое возможно при бомбардировке ядер нейтронами и происходит в радиоактивных веществах либо в особом устройстве, называемом ускорителем частиц. Ядро делится, излучая нейтроны и выделяя колоссальную энергию.
Ядерная энергия
Энергию, высвобождаемую при ядерных реакциях, можно использовать для производства электричества и как источник энергии на атомных подводных лодках и на авианосцах. Действие атомной электростанции основано делении ядер в ядерных реакторах. Стержень, сделан из радиоактивного вещества, например урана, бомбардируют нейтронами. Ядра урана расщепляются, излучая энергию. При этом освобождаются новые нейтроны. Такой процесс называют цепной реакцией. Из единицы массы топлива электростанции производит больше энергии, чем любые другие электростанции, однако меры безопасности и захоронение радиоактивных отходов стоит чрезвычайно дорого.
Ядерное оружие
Действие ядерного оружия основано на том, что неконтролируемый выброс огромного количества ядерной энергии приводит к страшному взрыву. В конце второй мировой войны США сбросили атомные бомбы на японские города Хиросиму и Нагасаки. Сотни тысяч людей погибли. Атомные бомбы основаны на реакциях деления, водородные — на реакциях синтеза. На рисунке изображена атомная бомба, сброшенная на Хиросиму.
Радиоуглеродный метод
Радиоуглеродным методом определяют время, прошедшее после смерти организма. В живой ткани содержится небольшое количество углерода-14, радиоактивного изотопа углерода. Его период полураспада составляет 5700 лет. Когда организм умирает, запасы углерода-14 в тканях, истощаются, изотоп распадается, и по оставшемуся его количеству можно определить, как давно организм умер. Благодари радиоуглеродному методу можно узнать, как давно произошло извержение вулкана. Для этого используют застывших в лаве насекомых и пыльцу.
Как ещё используется радиоактивность
В промышленности при помощи радиации определяют толщину листа бумаги или пластика (см. статью «Пластмассы и природные полимеры«). По интенсивности бета-лучей, проходящих сквозь лист, можно обнаружить даже небольшую неоднородность его толщины. Продукты питания — фрукты, мясо — облучают гамма-лучами, чтобы они остались свежими. Используя радиоактивность, медики прослеживают путь вещества в организме. Например, чтобы определить, как сахар распределяется в теле пациента, врач может ввести немного углерода-14 в молекулы сахара и следить за излучением этого вещества, попавшего в организм. Радиотерапия, то есть облучение больного строго дозированными порциями излучения, убивает раковые клетки – чрезмерно разросшиеся клетки организма.