Главным объектом исследования ученых стал атом, вернее его строение (рис. 1.1). Мы знаем теперь, что атом похож на солнечную систему в миниатюре. Вокруг крошечного ядра движутся по орбитам “планеты” – электроны.

Размеры ядра в сто тысяч (100 000) раз меньше размеров самого атома, но плотность его очень велика, поскольку масса ядра почти равна массе всего атома. Ядро имеет положительный заряд. Оно имеет тоже сложное строение и состоит из поло-жительно заряженных частиц – протонов и электрически нейтральных нейтронов. Масса протона и нейтрона примерно одинакова (1,67×10^{-24 г) и в 1840 раз больше массы электрона (0,91}×10^{-27 г). Заряд протона по абсолютной величине равен заряду электрона – 1,6}×10^-19 Кл. Число протонов в ядре определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, атом кислорода – 8, урана – 92. В каждом атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален. В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа, называемые нейтронами, поскольку они электрически нейтральны. Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одно и тоже число протонов, но число нейтронов в них может быть разным.

Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов относятся к разным разновидностям одного и того же  химического элемента, называемыми изотопами данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так уран-238 (²³⁸U) содержит 92 протона и 146 нейтронов, в уране-235 (²³⁵U) – тоже 92 протона, но 143 нейтрона.

Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу “нуклидов”. Некоторые нуклиды стабильны, т.е. в отсутствие внешних воздействий никогда не претерпевают никаких превращений.

Большинство же нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. Пример: уран-238 – в ядре протоны и нейтроны едва удерживаются вместе силами сцепления. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: двух протонов и двух нейтронов (-частица). Уран-238 (²³⁸U) превращается в торий-234 (²³⁴Th), в ядре которого содержатся 90 протонов и 144 нейтрона. Но торий так же нестабилен.

Его превращение происходит так же, как и в предыдущем случае: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в протактиний-234, в ядре которого содержится 91 протон и 143 нейтрона. Эта метаморфоза, произошедшая в ядре, сказывается и на движущихся по своим орбитам электронах: один из них становится неспаренным  и вылетает из атома. Протактиний очень нестабилен и ему требуется совсем немного времени на превращение. Далее следуют другие превращения, сопровождаемые излучениями, и вся эта цепочка, в конце концов, оканчивается стабильным нуклидом свинца (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Радиоактивный распад урана-238

Существует много таких цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов по разным схемам превращений и их комбинациям.

При каждом таком акте распада высвобождается энергия, которая передается дальше в виде излучения. Испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, — это -излучение (т.е. это ядро гелия), испускание электрона – это есть -излучение. Часто нестабильный нуклид оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы приводит к полному снятию возбуждения, тогда он выбрасывает порцию чистой энергии (-квант), называемый -излучением. Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке вещества электронами.