Visi aplink mus esantieji kūnai, kieti, skysti ir dujiniai, sudaryti iš palyginti nedidelio labai smulkių dalelių—atomų – variantų skaičiaus. Kiekvienas atomas susideda iš branduolio, kuris apsuptas besisukančių elektronų. Šių elektronų skaičius lygus į atomo branduolio sudėtį įeinančių protonų skaičiui ir atitinka šio elemento numerį Mendelejevo periodinėje elementų sistemoje.
O štai neutronų skaičius tam tikro elemento atomo branduolyje gali būti įvairus. Tuos atomus, kurių branduoliai turi vienodą protonų skaičių, bet skirtingą neutronų skaičių, vadiname tam tikro elemento izotopais.
Imkime konkretų pavyzdį: vandenilio atomą. Šio atomo branduolys sudarytas iš vieno protono ir gali visai neturėti neutronų arba turėti vieną arba du neutronus. Šiuos tris vandenilio izotopų atomus mes iš eilės vadiname lengvojo vandenilio, sunkiojo vandenilio, arba deuterio, ir ultrasunkiojo vandenilio, arba tričio, atomais; šių atomų branduoliai vadinami „protonu”, „deutronu“ ir „tritonu“.
Kitas pavyzdys gali būti urano atomas. Jo branduolys visada turi vienodą protonų skaičių, būtent 92, ir tam tikrą neutronų skaičių. Neutronų gali būti 146, 143, 142 ir t. t. Todėl kiekvienu iš nurodytų atvejų urano atomo svoris yra kitoks. Šį svorį apibūdiname vadinamuoju masės skaičiumi (atominis svoris), kuris stačiai yra visų branduolyje esančių protonų ir neutronų suma. Taigi urano izotopus apibūdiname tokiais masės skaičiais 238 (92+146), 235 (92+143), 234 (42+142). Dėl to šie izotopai ir Žymimi; U238, U235, U234 ir t.t.
Žinodami sutartinį izotopo žymėjimo Ženklą, labai lengvai galime nustatyti jo branduolio protonų ir neutronų skaičių. Pavyzdžiui, imkime kobalto izotopą, sutartinai pažymėtą Co 60. Kobaltas užima 27 vietą periodinėje elementų sistemoje, vadinasi, jo apvalkale sukasi 27 elektronai ir atitinkamai jo branduolyje yra 27 protonai. Neutronų skaičių sužinome, atimdami protonų skaičių iš masės skaičiaus, esančio prie sutartinio ženklo (60). Atėmę gauname 33 neutronus (60—273—33).
Visi elementų izotopai skirstomi į dvi grupes – į patvarius ir nepatvarius izotopus (vadinamuosius radioaktyviuosius). Radioaktyviųjų atomų branduoliai savaimingai, tik vidaus jėgų veikiami, palengva irsta leisdami elektringas alfa arba beta daleles (elektronus). Kartais drauge atsiranda elektromagnetinis spinduliavimas – gama – spinduliai. Branduolys, išspinduliavęs dalelę, tampa naujo kitą krūvį turinčio elemento atomo branduoliu.
Izotopas iš radioaktyviosios formos gali virsti patvariąja per Vieną arba kelis kartus, pasikartojančius vienas paskui kitą nevienodais laiko tarpais.
Kiekvienam egzistuojančiam radioaktyviajam izotopui būdingas specifinis irimo laikas, kurį visada galima rasti izotopų lentelėje greta jo sutartinio ženklo. Šį laiką vadiname „pusiau irimo periodu“ – jis yra tartum to izotopo pasas, nustatąs laiką, per kurį radioaktyviai pasikeis pusė atomų. esančių tuo momentu.
Tegu, pavyzdžiui, mes turime milijardą bismuto radioaktyvaus izotopo (sutartinis ženklas _Bi210) atomų. Šie atomai pradeda kisti – vieni anksčiau, kiti vėliau. Tačiau po penkių dienų, kurios yra izotopo Bi210 pusiau irimo periodas, suirs lygiai pusė visų bismuto atomų. Kitaip tariant, po penkių dienų lieka 0,5 milijardo bismuto Bi210 atomų. Praėjus dar penkioms dienoms, lieka jau tik 0,25 milijardo šių atomų (nes O,5X0.5=0,25), ir t. t.
Dabar pažiūrėkime, kas gi vyksta su radioaktyviais atomais, kurie suiro. Mūsų bismuto izotopas yra beta – radioaktyvus. Tai reiškia, kad kiekvienas Bi210 branduolys virtimo metu išmeta vieną elektroną. Tai vyksta dėl to, kad vienas iš branduolio neutronų virsta protonu. Dabar šis branduolys tampa naujo elemento polonio (sutartinis ženklas P0210) branduoliu. Gautasis branduolys taip pat yra radioaktyvus, jo pusiau irimo periodas* 138 dienos. Irdamas jis išmeta “alfa dalelę, susidedančią iš dviejų protonų ir dviejų neutronų. Tai helio branduolys. Išmetęs alfa dalelę, polonio izotopo branduolys virsta švino izotopo Pb206 branduoliu. Švino atomas, turįs masės skaičių 206, yra
patvarus, ir todėl juo baigiasi bismuto radioaktyvių virtimų ciklas.
Taigi radioaktyviojo bismuto atomo branduolys dviejų eilinių kitimų būdu virto patvaraus švino atomo branduoliu. Šių kitimų metu jis išmetė beta dalelę (elektroną) ir alfa dalelę (helio atomo branduolį).
Įvairių radioaktyviųjų izotopų pusiau irimo periodai gali labai smarkiai skirtis vienas nuo kito. Vienų izotopų „gyvenimas“ yra trumputis, trunka dalį sekundės; kiti gali egzistuoti milijonus metų. Kaip tik šios izotopų ypatybės fizikams atomininkams yra vertinga rodyklė, įgalinanti pažinti tam tikrą izotopa. Stebėdamas, kaip kinta spinduliavimas, kurį skleidžia medžiaga, turinti įvairių radioaktyviųjų izotopų atomus, fizikas gali nustatyti, ar vieną bei kitą spinduliavimą išskiria anglies C 14 atomai, ar magnio Mg 27 atomai,
ar Cinko Zn 113 atomai, ar plutonio Pu 236 atomai.
