原子核可以按幾種方式進行反應并改變其本性。有些核是不穩(wěn)定的,能自發(fā)放射質點和電磁輻射。這種從原子核自發(fā)地放射出射線的性質,稱為放射性。具有放射性的同位素稱為放射性同位素。例如鈾-238自發(fā)地放射出α射線,α射線是氦-4核(α粒子)流。當鈾-238失去一個α粒子剩下的是原子序數(shù)90和質量數(shù)為234的釷核,即(234)(90)Th。我們用以下核反應方程式表示:
(238)(92)U→(234)(90)Th+(4)(2)He
像這種原子核自發(fā)地發(fā)生核結構的改變稱為核衰變或稱放射性衰變。
在以上核反應中,方程式兩邊質量數(shù)相等(238=234+4),同樣方程式兩邊原子序數(shù)或核電荷也相等(92=90+2)。因此在書寫核反應式時,要注意兩邊的質量數(shù)和原子序數(shù)應該平衡。此外,在書寫核反應式時,我們不考慮原子核以什么形式存在,如單質或化合物,因為原子核的放射性與原子的化學結合狀態(tài)無關,也不受任何物理和化學條件的影響。
原子核還可以另一種方式改變其本性。當用中子或其它核菱擊某一原子核時,產生了新的原子核,像這種原子核由外因而引起核結構的變化叫核反應。例如,氯-35被中子(10n)轟擊,就碰撞產生硫-35核和質子(11p或11H),核反應式如下:
(35)(17)Cl+(1)(0)n→(35)(16)S+(1)(1)H
以上核反應可將靶核((35)(17)Cl)和產生的核((35)(16)S)分別寫在括號的左邊和右邊,括號內首先寫菱擊粒子(n)再寫射出粒子(p)。以上核反應可簡單寫為:
(35)(17)Cl(n,p)(35)(16)S
用各種粒子轟擊原子核,可能產生自然界里沒有發(fā)現(xiàn)的核,如上式中的(35)(16)S,稱人造同位素。
1934年約里奧-居里(Joliot-Curie,F(xiàn)rederic 1900~1958; Joliot-Curie,Irens 1897~1956)夫婦用α粒子轟擊鋁得到下列核反應:
(27)(13)Al+(4)(2)He→(30)(15)P+(1)(0)n
或寫為 (27)(13)Al(α,n)(30)(15)P
當α粒子停止轟擊后,他們發(fā)現(xiàn)仍然有射線發(fā)射出來,并確定發(fā)射出的質點是正電子(01e),這是(30)(15)P衰變的結果:
(30)(15)P→(30)(14)Si+(0)(1)e
這一核反應的特點是用人工方法產生了放射性核。用人工方法獲得新核的放射性稱人工放射性。此后發(fā)現(xiàn)了很多人工放射性核。在已知的一千多種放射性同位素,絕大部分是人工產生的。