Branduolio masės defektas (\(\Delta m\)) yra skirtumas tarp branduolį sudarančių dalelių (protonų ir neutronų) masių sumos ir paties branduolio masės. Jis apskaičiuojamas pagal formulę: \(\Delta m = Zm_p + Nm_n - m_ь\), kur \(Z\) – protonų skaičius, \(m_p\) – protono masė, \(N\) – neutronų skaičius, \(m_n\) – neutrono masė, \(m_ь\) – branduolio masė. Pavyzdžiui, helio izotopo (\({^4_2He}\)) masės defektas yra apie \(0.02928 \text{ a.m.v.}\).

Atomo branduolį sudarančių nukleonų (protonų ir neutronų) masių suma yra didesnė už pačio branduolio masę. Šis skirtumas vadinamas masės defektu (\(Delta m\)). Masės defektas apskaičiuojamas pagal formulę: \(Delta m = Zm_p + Nm_n - m_b\), kur Z – protonų skaičius, N – neutronų skaičius, \(m_p\) – protono masė, \(m_n\) – neutrono masė, \(m_b\) – branduolio masė. Pagal Einšteino masės ir energijos ekvivalentiškumo principą (\(E=mc^2\)), masės defektą atitinka energija, vadinama branduolio ryšio energija (\(E_r\)). Ji parodo, kiek energijos reikėtų suteikti branduoliui, norint jį suskaidyti į atskirus nukleonus, arba kiek energijos išsiskiria branduoliui susidarant iš nukleonų. Ryšio energija apskaičiuojama: \(E_r = Delta m cdot c^2\). Praktiniuose skaičiavimuose, kai masės defektas išreikštas atominiais masės vienetais (a.m.v.), naudojama formulė: \(E_r = Delta m cdot 931.5 , text{MeV/a.m.v.}\). Stabilūs branduoliai pasižymi didesne ryšio energija.

Branduolio ryšio energija (\(E_r\)) yra energija, reikalinga visiškai suskaidyti branduolį į atskirus protonus ir neutronus. Ji apskaičiuojama pagal formulę: \(E_r = \Delta m * 931.5 \text{ MeV/a.m.v.}\), kur \(\Delta m\) yra branduolio masės defektas. Pavyzdžiui, helio izotopo (\({^4_2}He\)) ryšio energija yra apie \(27.2432 \text{ MeV}\).

Skirtingi cheminiai elementai ir jų izotopai turi skirtingas branduolines charakteristikas. Deuterio (\({}^{2}_{1}H\)) branduolio masės defektas: \(\approx 0.0024 \text{ a.m.v.}\), o ryšio energija: \(\approx 2.226 \text{ MeV}\). Ličio (\({}^{6}_{3}Li\)) branduolio ryšio energija: \(\approx 6.2 * 10^{-13} \text{ J}\). Tričio branduolio ryšio energija \(\approx 8.477 \text{ MeV}\). Urano branduolio savitoji ryšio energija \(\approx 7.579 \text{ MeV/nukleonui}\).

Vykstant radioaktyviajam skilimui, visada išlieka tam tikri dydžiai. Galioja masės (\(A\)) tvermės dėsnis, reiškiantis, kad bendras nukleonų skaičius prieš skilimą ir po jo išlieka toks pat. Krūvio (\(Z\)) tvermės dėsnis teigia, kad bendras protonų skaičius (branduolio krūvis) išlieka nepakitęs. Energijos (\(E\)) tvermės dėsnis užtikrina, kad bendra energija (įskaitant ramybės energiją) sistemoje išlieka pastovi.

Radioaktyvumas – tai savaiminis nestabilių atomų branduolių skilimas, kurio metu išspinduliuojamos dalelės arba branduoliai ir virstama kitais elementais. Šį reiškinį 1896 \(m.\) atrado Anri Bekerelis, tyrinėdamas urano druskų spinduliavimą. Radioaktyvioji spinduliuotė magnetiniame lauke suskyla į tris tipus: alfa (\(\alpha\)) – helio branduolių srautas, beta (\(\beta\)) – elektronų srautas, ir gama (\(\gamma\)) – trumpos elektromagnetinės bangos.

Radioaktyvumas yra savaiminis nestabilių atomų branduolių virsmas kitų elementų branduoliais, kurio metu išspinduliuojamos dalelės arba elektromagnetinės bangos. Šis procesas nepriklauso nuo išorinių sąlygų. Yra trys pagrindiniai radioaktyviosios spinduliuotės tipai: alfa (α) spinduliuotė – helio branduolių (\(^4_2 text{He}\)) srautas; beta (β) spinduliuotė – elektronų (\(^0_{-1}e\)) arba pozitronų (\(^0_{+1}e\)) srautas; gama (γ) spinduliuotė – aukštos energijos elektromagnetinės bangos (fotonai). Alfa ir beta spinduliuotės yra krūvį turinčių dalelių srautai, todėl jas veikia elektrinis ir magnetinis laukai, o gama spinduliuotė yra elektriškai neutrali. Vykstant radioaktyviajam skilimui, galioja masės skaičiaus (A), krūvio (Z) ir energijos tvermės dėsniai.

Savitoji ryšio energija (\(E_{sav}\)) yra branduolio ryšio energija (\(E_r\)), tenkanti vienam nukleonui (protonui arba neutronui). Ji apskaičiuojama dalijant bendrą branduolio ryšio energiją iš masės skaičiaus A (bendro protonų ir neutronų skaičiaus branduolyje): \(E_{sav} = E_r / A\). Savitoji ryšio energija yra svarbus rodiklis, leidžiantis palyginti skirtingų branduolių stabilumą. Didžiausia savitąja ryšio energija pasižymi vidutinio sunkumo branduoliai (pvz., geležies), todėl jie yra patys stabiliausi.

Savitoji ryšio energija (\(E_{sav}\)) yra branduolio ryšio energija, tenkanti vienam nukleonui (protonui arba neutronui). Ji apskaičiuojama pagal formulę: \(E_{sav} = E_r / A\), kur \(E_r\) yra branduolio ryšio energija, o \(A\) – masės skaičius (nukleonų skaičius). Pavyzdžiui helio branduolio savitoji ryšio energija: \(6.81 \text{ MeV/nukleonui}\).

Branduoliai skirstomi į stabilius ir nestabilius. Stabilūs branduoliai turi mažesnę ryšio energiją nei naujai susidarančių branduolių ryšio energija. Nestabilūs branduoliai gali turėti protonų ir neutronų disbalansą. Šie branduoliai siekia stabilumo išspinduliuodami energijos perteklių. Tai gali vykti alfa skilimo metu (išspinduliuojant helio branduolį) arba beta skilimo metu (neutronui virstant protonu ir išspinduliuojant elektroną). Pavyzdžiui, kobalto izotopas (\(Co^{59}_{27}\)) savaime skleidžia beta spinduliuotę ir virsta Nikeliu (\(^{59}_{28}Ni\)).

Radioaktyvumo tyrimų istorijoje svarbų vaidmenį atliko keli mokslininkai. Anri Bekerelis (Henri Becquerel) atrado patį radioaktyvumo reiškinį. Marija Sklodovska-Kiuri (Marie Sklodowska-Curie) ir Pjeras Kiuri (Pierre Curie) intensyviai tyrinėjo radioaktyvumą, atrado naujus radioaktyvius elementus – polonį, radį ir torį.