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Sopra: a) un magnete deflette le particelle alfa, positive, e beta, negative, in direzioni opposte; i raggi gamma, neutri, non sono deviati. Gli elementi radioattivi possono produrre uno o più di questi tipi di raggi.

Spinti dalla scoperta dei coniugi Curie, gli scienziati scoprirono ben presto che tutti gli elementi con peso atomico superiore al bismuto (vedi tavola periodica degli elementi) sono radioattivi: essi producono tre tipi di raggi, chiamati raggi alfa, beta e gamma. I raggi gamma sono onde elettromagnetiche come i raggi X, ma ancora piú penetranti. I raggi beta sono come i raggi catodici, una corrente cioè di elettroni in rapido movimento, dotati di carica negativa. I raggi alfa sono una corrente di particelle piú pesanti dei precedenti tipi di raggi - ognuna di esse pesa infatti circa quattro volte un atomo di idrogeno - e hanno una carica positiva uguale al doppio della carica di un elettrone. Questi tre tipi di raggi possono essere distinti l'uno dall'altro per mezzo di una calamita, che li deflette in tre direzioni diverse, vedi figura a sopra.

Periodo di semitrasformazione del radio: ogni  1620 anni la quantità di radio si dimezza.

Lo studio di questi raggi, insieme a molte altre ricerche, conferma ciò che si è detto in precedenza: l'atomo è formato da un nucleo piccolissimo circondato da un certo numero di elettroni in movimento lungo orbite ellittiche. Il nucleo possiede una carica elettrica positiva pari alla somma delle cariche negative degli elettroni, in modo che la carica totale dell'atomo sia zero. In un atomo, il numero degli elettroni nelle sue orbite o il numero delle unità di carica del nucleo si chiama numero atomico. Il peso di un atomo è praticamente uguale a quello del suo nucleo, perché il peso degli elettroni è minimo.

Tutti gli atomi dello stesso elemento chimico hanno lo stesso numero di elettroni in orbita. Per esempio, ogni atomo di cloro ha nelle orbite 17 elettroni; quelli esterni determinano quali composti può formare. Non tutti gli atomi di cloro, tuttavia, hanno esattamente lo stesso peso. Esistono due tipi principali di aiomi di cloro, i cui nuclei pesano rispettivamente 35 e 37 volte il peso dell'atono piú semplice, quello di idrogeno. Questi tipi diversi di cloro vengono chiamati isotopi. Gli isotopi di qualsiasi elemento hanno lo stesso numero atomico e le stesse proprietà chimiche, ma peso atomico diverso. In natura gli isotopi di cloro si trovano mescolati con una proporzione di tre atomi di CI, peso atomico 35, per ogni atomo di Cl,peso atomico 37, così che il peso atomico medio del cloro allo stato naturale si aggira intorno a 35,5. Molti elementi naturali sono in realtà miscugli di isotopi diversi.
Il nucleo di un atomo di idrogeno è una particella unitaria che si chiama protone. Gli scienziati hanno scoperto anche un'altra particella, il neutrone, privo di carica elettrica, il cui peso è quasi uguale a quello di un protone.
Un isotopo di un elemento, per esempio il cloro cl, viene così rappresentato:

peso atomico	35
numero atomico	17			Simbolo elemento

Possiamo quindi affermare che il nucleo del cloro Cl. con peso atomico 35, è formato da 17 protoni, con le rispettive cariche positive, e dai 18 neutroni necessari a completare il peso totale (18+17=35). II nucleo del Cl, avente peso atomico 37, contiene 17 protoni e 20 neutroni. Una particella alfa contiene due protoni e due neutroni, ed è effettiv:amentc simile al nucleo di un atomo di elio.
Le radiazioni emesse da un atomo radioattivo provengono dal nucleo. Il nucleo di un atomo di radio contiene 88 protoni e 138 neutroni: il suo peso atomico è quindi 226 (= 88 + 138) e il suo numero atomico 88. Se esso emette una particella alfa, il nucleo rimarrà con 86 protoni e 136 neutroni; il suo peso atomico sarà allora 222 e il numero atomico 86. Questo atomo contiene ora soltanto 86 elettroni in orbita e perciò si tratta di un atomo diverso con differenti proprietà chimiche; si avrà quindi un altro elemento: il radon.
La metà di una determinata quantità di radio dopo 1620 anni si muta in radon; dopo altri 1620 anni la restante mezza quantità di radio si trasforma in un quarto di radon piú un quarto di radio. Dopo ancora 1620 anni si ha solo un ottavo della quantità iniziale di radio e il processo continua sempre in questa proporzione. Possiamo quindi affermare che 1620 anni sono il periodo di semitrasformazione del radio. Lì vita media dei diversi elementi radioattivi varia da 900 milioni di anni per una varietà di uranio a una piccola frazione di secondo per una varietà di polonio. Il radon è a sua volta radioattivo e si trasforma in un altro elemento, il polonio. Successivi cambiamenti portano al piombo (7O" Pb), che è stabile, cioè non si scompone ulteriormente. Altre serie di elementi radioattivi hanno inizio con l'uranio, il torio e l'attinio e finiscono come isotopi del piombo.