Edellisessä osiossa käsittelimme objektien kokoluokkaa, erityisesti nanomaailmaa sekä tietämystämme atomeista ja molekyyleistä. Nyt kun ymmärrämme atomien rakennetta, erityisesti ydintä, voimme tutkia joitakin ytimen toiminnan kiinnostavimmista puolista.
Yksi ydinfysiikan suurimmista osa-alueista on radioaktiivisuus – eräiden ytimien luonnollinen ilmiö. Radioaktiivisuutta on kaikkialla ympärillämme: maaperässä, avaruudessa ja jopa meissä itsessämme. Olemme jatkuvasti alttiina säteilylle, emme ainoastaan röntgenkuvauksissa, joten on tärkeää ymmärtää, miten se toimii.
Tässä osiossa käsittelemme radioaktiivisuuden löytämistä, sitten sen aiheuttajia ja alkuperää ja lopuksi sitä, miten se on vuorovaikutuksessa ympäröivän maailman kanssa.

Radioaktiivisuuden löysi vuonna 1896 Henri Becquerel työskennellessään röntgensäteiden parissa. Uskottiin, että uraania sisältävät materiaalit absorboivat Auringon valoa ja emittoivat röntgensäteitä. Becquerel oli suunnitellut koetta tämän osoittamiseksi käyttäen valokuvalevyä, sillä röntgensäteiden tiedettiin mustavan näitä levyjä. Koepäivänä taivas oli pilvinen, joten Becquerel oletti kokeen epäonnistuneen. Onneksi hän päätti kuitenkin kehittää valokuvalevyn ja havaitsi, että yhdiste oli emittoinut säteilyä ilman aurinkoakin, mikä kumosi hänen aiemman teoriansa. Seuraavaksi hänen täytyi selvittää, oliko kyseessä röntgensäteet vai jokin muu säteilymuoto. Hän sijoitti säteilylähteen tyhjiökammioon, johon oli asetettu magneettikenttä ja valokuvalevy, kuten kaaviossa on esitetty. Röntgensäteiden tiedetään olevan neutraaleja, joten ne eivät voi taipua magneettikentissä. Kuitenkin valokuvalevyä kehittäessään hän havaitsi, että säteily oli taivuttunut kentässä. Muita lähteitä kokeillessaan hän havaitsi säteilyn taipuvan vastakkaiseen suuntaan tai ei lainkaan. Tämä osoitti, että aineesta emittoituu kolmenlaista säteilyä: neutraalia sekä positiivisesti tai negatiivisesti sähköisesti varautunutta.

Becquerelin laitteiston kaavio: (1) valokuvalevy, (2) kollimaat tori, (3) radioaktiivinen aine, (4) tyhjiöpumpun sisäänotto, (5) magneettikenttä. Kuvaluotto: Zoltán Elekes.

Monet tutkijat omistivat uransa tämän uuden ilmiön tutkimiselle, muun muassa Marie ja Pierre Curie, jotka löysivät muut radioaktiiviset alkuaineet poloniumin ja radiumin. Rutherford, jonka jo mainitsimme atomin ytimen löytäjänä, työskenteli myös radioaktiivisuuden parissa tutkien eri lähdetyyppejä ja niiden ominaisuuksia. Rutherford keksi nimet eri tyypeille: alfa, beeta ja gamma – kreikkalaisen aakkosten kirjainten mukaan. Alfapartikkelit mainitsimme jo aiemmin, kun niitä käytettiin kultaatomien sisäisen rakenteen tutkimiseen Rutherfordin kokeessa, mutta nyt tarkastelemme niitä tarkemmin. Ensin kuitenkin: tiedämme, että radioaktiivisuutta löytyy uraaniyhdisteiden kaltaisista lähteistä, mutta mistä muualta se löytyy ja mitä se oikeastaan on?

Tiedämme, että tietyt alkuaineet ovat radioaktiivisia, toiset taas eivät. Tämä viittaa siihen, että radioaktiivisuus syntyy atomitasolla, joten meidän täytyy tarkastella atomeja, erityisesti ytimiä, ymmärtääksemme tätä paremmin.
Radioaktiivisista atomeista syntyy kolmenlaista säteilyä: alfa-, beeta- ja gammasäteilyä. Nämä ovat ytimestä emittoituvia hiukkasia tai energiaa ytimen ollessa epästabiili, tai voidaan sanoa, että kyse on atomien hajoamisesta epästabiiliuden vuoksi.
Miksi tietyt atomit ovat epästabiileja ja toiset eivät?
Tämä selitetään myöhemmässä osiossa, mutta toistaiseksi voidaan sanoa, että syynä on ytimessä olevien nukleonien lukumäärä, erityisesti protonien ja neutronien suhde. Eri säteilytyyppejä emittoituu erilaisista epästabiiliuden tyypeistä. Siksi eri lähteet emittoivat erilaista säteilyä.
Epästabiilisuus ei rajoitu pelkästään ytimiin. Vapaat neutronit hajoavat noin 15 minuutin keskimääräisellä eliniällä, ja jopa protonit saattavat lopulta hajota, joskin teorian ennustama puoliintumisaika tässä tapauksessa on 10³⁶ vuotta! Ihmisen mittakaavassa protoneja pidetäänkin vakaina.
Nyt kun meillä on käsitys siitä, mitä säteily oikeastaan on, voimme selvittää, mistä sitä todella löydetään.

Radioaktiivisuus ei rajoitu niihin vaarallisiin alkuaineisiin, joista olemme keskustelleet, kuten uraaniin tai radiumiin. Nämä ovat tuntemistamme voimakkaimmista lähteistä, mutta radioaktiivisuutta esiintyy paljon pienemmissä määrissä monissa muissa paikoissa. Becquerelin uraanista löytämä säteily tulee myös kivistä, avaruudesta, hengittämästämme ilmasta, juomastamme vedestä, uimastamme merestä ja omista kehostamme.
Saattaa yllättää kuulla, että sinä ja kaikki tuntemasi ihmiset olette radioaktiivisia, ja saatat ajatella sen johtuvan kehittämästämme modernista teknologisesta maailmasta ydinvoimaloineen, tietokoneineen ja lääketieteellisine röntgenkuvauksine – mutta olisit väärässä. Niin kauan kuin maapallolla on ollut elämää, kaikki kasvit ja eläimet ovat olleet radioaktiivisia. Se on osa maapallon elämän historiaa. Tarkastellaan siis tarkemmin, mistä radioaktiivisuutta on löydetty.

Maaperä

Radioaktiivisia alkuaineita on kaikkialla ympärillämme maassa. Monet mineraalit, erityisesti graniitti, sisältävät uraaniyhdisteitä. Itse asiassa uraania on maaperässä ja kivissä yhtä runsaasti kuin metalleja kuten tinaa, sinkkiä tai volframia. Muut radioaktiiviset yhdisteet ovat kuitenkin paljon yleisempiä, kuten torium, jota on maapallolla noin kolme kertaa enemmän kuin uraania. 1800-luvulla, juuri ennen sähkövalaistuksen syrjäyttämistä kaasuvalaistuksesta, toriumoksidia käytettiin kaasulampuissa hehkuvan kirkkaan valon tuottamiseen. 2000-luvulla torium saattaa hyvinkin olla polttoaineena ydinvoimaloissa.

Kuva näyttää uraanin runsauden kivissä. Siinä on 10 kg:n paino kolmen langan vieressä, joiden yhteispaino on 30 milligrammaa. Tämä on uraanin ja kiven suhde maapallolla.
Voimme siis havaita uraania ja muita radioaktiivisia aineita kivistä, ja tämä säteily muodostaa suuren osan siitä, mitä kutsumme taustaradioaktiivisuudeksi. Se on se säteily, jolle altistumme koko elämämme ajan ympäristöstämme. Kehomme pystyy selviytymään siitä, kuten myöhemmin selviää.

Alla oleva kartta näyttää taustaradioaktiivisuuden tasot osissa Länsi-Eurooppaa (kuvaluotto: World Nuclear Association).
Erot johtuvat pääasiassa siitä, minkälaisista kivistä kunkin maan maaperä koostuu. Esimerkiksi Lounais-Englannissa maaperä koostuu pääasiassa graniitista, joten taustaradioaktiivisuus on siellä korkeampi kuin suurimmassa osassa muuta maata, joka koostuu kalkkikivestä. Keski-Ranskan alueilla on erittäin korkeat säteilytasot kiviperässä olevan radonkaasun vuoksi. Kivien lisäksi on muitakin tekijöitä, jotka vaikuttavat altistumaamme taustaradioaktiivisuuteen.

Avaruus

Maailmankaikkeudessa on monia monentyyppisten säteilyjen lähteitä, mukaan lukien radiogalaksit, joilla on superluminaalisia (näennäisesti valon nopeutta nopeampia) suihkuja, mustia aukkoja ja jopa omaa aurinkokuntiamme. Astronomit käyttävät erikoistuneita teleskooppeja näiden säteilytyyppien etsimiseen, mukaan lukien röntgen- ja gammasäteet. Nämä lähteet emittoivat kaikkiin suuntiin, ja jopa satojen tuhansien valovuosien päässä olevien kohteiden säteily voi lopulta saavuttaa meidät. Sitä, mitä havaitsemme satunnaisina säteilylähteinä, kutsutaan kosmisiksi säteiksi. Itse asiassa mittaat enemmän kosmisia säteitä, mitä korkeammalle kiipeät. Vuorenhuipuilla havaitaan paljon enemmän kuin merenpinnan tasolla, koska niiden täytyy kulkea läpi vähemmän ilmakehää.
Kosmisia säteitä on vaikea välttää, ja ne ovat toisinaan suuri haitta tutkijoille. Joskus on tarpeen mitata erittäin heikkoa radioaktiivisuutta. Tätä voi tapahtua tutkittaessa erittäin heikkoja, hyvin kaukaisia gammalähteitä, jotka emittoivat vain pienen määrän suuntaamme, tai jopa tutkittaessa maailmankaikkeuden laajenemista ja siihen liittyvää mikroaaltosäteilyä.

Erittäin heikon radioaktiivisuuden mittaaminen maan pinnalla olisi toivotonta, koska se peittyisi kokonaan runsaisiin kosmisiin säteilyihin. Siksi joitakin kokeita tehdään syvissä kaivoksissa noin mailin syvyydessä maanpinnan alla, muistaen aina välttää graniittia, jossa on paljon uraania. Yksi tällaisia olosuhteita vaativa koe on tietyntyyppisen alkeishiukkasen havaitseminen, joka ilmaantuu myöhemmin – neutrino.

Oikealla oleva kuva näyttää neutrinodetektorin, joka sijaitsee 1,4 km vuorenhuipun alapuolella Italiassa.

Merivesi

Virratessaan kivien ja maaperän yli joet kuljettavat mukanaan kaikenlaisia liuenneita suoloja. Ajan myötä, kun vesi haihtuu auringossa, suolat väkevöityvät. Koska useimmat kivet sisältävät hieman uraania, ei ole yllättävää, että meret sisältävät myös uraanisuoloja. Tämä tekee merestä jonkin verran radioaktiivisen – ei pelkästään uraanin, vaan myös muiden aineiden, kuten ⁴⁰K (lausutaan kalium-40), vuoksi. Tämä kaliumin muoto on tärkein aine, joka tekee kehostamme radioaktiivisen.
Merivesi sisältää keskimäärin noin kolme milligrammaa uraania jokaisessa tuhannessa litrassa eli jokaisessa kuutiometrissä. Ei paljon ehkä, mutta sanotaan, että jos uraanin uuttamisen kustannukset merestä voitaisiin alentaa noin kymmenesosaan nykyisestä, uraania voitaisiin louhia merestä kannattavasti! Jos nykyiset uraanilähteet joskus loppuvat, ydinvoimalat saattaisivat todellakin toimia merivedestä uutetulla uraanilla.

Ilmassa

Hengittämämme ilma sisältää pienen määrän radioaktiivista hiilen muotoa, joka tunnetaan nimellä ¹⁴C (lausutaan 'hiili-neljätoista'; joissain kirjoissa näet ¹⁴C kirjoitettuna hiili-14:nä). Hiili-14-atomit ovat kosmisten säteiden vuorovaikutusten tulosta ilmakehässä. Kosmiset säteet käyvät läpi monia muutoksia, jotka voivat sisältää lämpöneutronien tuotantoa. Nämä neutronit ovat vuorovaikutuksessa ilmakehässä olevien typpi-14-atomien kanssa ydinreaktiossa, joka tuottaa hiili-14-atomeja ja protoneja. Nämä hiiliatomit tuottavat sitten hiilidioksidimolekyylejä, jotka kasvit ottavat ilmasta fotosynteesiä varten sokereiden ja selluloosan tuottamiseksi, absorboiden samalla hiili-14:ää. Tämä siirtyy sitten meille, kun syömme kasveja tai jopa eläimiä, jotka ovat syöneet näitä kasveja. Sitä, että kaikki elävät olennot ottavat hiili-14:ää kuolemaansa saakka, voidaan käyttää sadoista tai tuhansista vuosista maassa olleiden elävien olentojen jäänteiden ajoittamiseen. Tämä prosessi vaatii radioaktiivisten atomien puoliintumisajan pohdintaa, jota käsitellään myöhemmin.

Meissä

Joka päivä syömämme ruoka sisältää kaksi tai kolme grammaa kaliumia. Tämä tarkoittaa, että jokaista kehon painokiloa kohti noin 50 kaliumatomia hajoaa ja emittoi radioaktiivisia hiukkasia kehossamme joka sekunti! Muista myös, että syödessämme kasveja (tai eläimiä, jotka ovat syöneet kasveja), absorboimme hiili-14-atomeja, jotka ovat myös radioaktiivisia. Mukana on myös jälkiä muista radioaktiivisista alkuaineista, jopa uraanista. Jos sattuu nielemään hieman merivettä rannalla, ottaa sisäänsä pienen määrän uraania, sillä kaikki merivesi sisältää jonkin verran uraania.
Olemme jo käsitelleet, miten kosmiset säteet tuottavat hiili-14:ää, jota käytetään hiilihydraattien tuottamiseen kasvien ja siten eläinten ja ihmisten toimesta. Hiili-14 on päässyt ravintoketjuun, ja kaikki elävät olennot voivat altistua sille.

Suuret radioaktiivisuusannokset voivat olla tappavia, ja tuhansia ihmisiä kuoli säteilyyn Japaniin vuonna 1945 pudotettujen ydinpommien seurauksena. Äskettäin, vuonna 1986, 28 ihmistä kuoli säteilyyn Tšernobylin ydinvoimalan räjähtäessä Ukrainassa. Voit lukea lisää näistä aiheista Hyödyt ja riskit -osiossa sekä Historia-osiossa.
Terveyttä vahingoittaviksi tiedetyt säteilymäärät ovat paljon suurempia kuin kosmisista säteistä, kivistä jne. peräisin oleva taustaradioaktiivisuus. Kaikki solumme, jotka saattavat vahingoittua näistä lähteistä, voivat korjata itsensä, koska vain muutama vahingoittuu. Suuremmilla säteilyannoksilla suuri määrä soluja vahingoittuu korjauskyvyn ulkopuolelle, minkä vuoksi se voi olla vaarallinen.
Tiedämme, että kasvit ja eläimet ovat eläneet ja kehittyneet radioaktiivisuuden kanssa miljardit vuotta. Joten se, onko radioaktiivisuus vaarallista, riippuu siitä, kuinka paljon sitä saamme. Jopa liikaa tavallista suolaa voi tappaa ihmisiä, minkä vuoksi avomerelle ajautuneet ihmiset voivat kuolla janoon! Kuten sanotaan, liika on liikaa.
Mistä sitten tiedämme, kuinka paljon säteilyä on 'liikaa'? Ensin täytyy ymmärtää erilaisia säteilytyyppejä ja kuinka vaarallinen kukin niistä on. Säteilytaso, jolla se on vaarallista, selvitetään osiossamme, joka käsittelee aktiivisuutta ja vuorovaikutusta aineen kanssa.

Edellisessä osiossa selvitimme, mitä radioaktiivisuus oikeastaan on: se on epästabiilien atomien hajoaminen ja siitä seuraava hiukkasen tai energian emittoituminen. Nyt tarkastelemme, mikä tekee atomista epästabiilun ja minkälaisia säteilytyyppejä on olemassa.

Isotoopit

Tiedämme, että atomit koostuvat ytimestä, joka on muodostunut protoneista ja neutroneista, joiden ympärillä elektroneita kiertää. Tiedämme myös, että atomit ovat sähköisesti neutraaleja, kun taas ionit, jotka ovat menettäneet tai saaneet elektroneja, ovat varautuneita. Radioaktiivisuuden ymmärtämisen avain on isotoopeissa.
Olemme puhuneet siitä, että hiili-14 on radioaktiivinen, kun taas tavallinen hiili-12 ei ole. Miten hiili-14 sitten eroaa hiili-12:sta? Ero on niiden ytimissä. Jotta molemmat atomit olisivat perimmältään hiiltä, niillä täytyy olla sama määrä protoneja eli sama järjestysluku. Se tekee alkuaineesta sen, mitä se on. Jos muutat elektronien määrää, atomi muuttuu vain ioniksi. Siksi täytyy muuttaa neutronien lukumäärää. Sanomme siis, että hiili-14 on hiili-12:n isotooppi, jolla on vain kaksi ylimääräistä neutronia ytimessä, eli eri massa mutta sama alkuaine kaiken kaikkiaan.
Jokaisella alkuaineella on monia isotooppeja. Kuuluisa esimerkki on deuterium, vedyn isotooppi, jossa on yksi neutroni ja yksi protoni. Sitä voidaan käyttää raskaan veden valmistamiseen, jolla on monia mielenkiintoisia käyttötarkoituksia, kuten neutrinojen havaitseminen ja ydinreaktorien moderointi.
Epästabiilit isotoopit ovat usein hyvin hyödyllisiä lääketieteellisissä toimenpiteissä, ja niitä voidaan käyttää turvallisesti niiden lyhyen elinajan vuoksi ennen hajoamista. Ongelmana on, että näitä aineita ei löydy luonnollisesti maapallolta, joten ne täytyy valmistaa sairaaloissa kiihdyttimissä, joita kutsutaan syklotroneiksi. Ne kiihdyttävät atomeja erittäin suuriin nopeuksiin pyöreää rataa pitkin sähkömagneetein. Syklotroneita on saatavilla monissa eri koissa käyttötarkoituksen ja valmistettavan isotoopin mukaan. Koneissa ytimiä törmäytetään varautuneiden hiukkasten kanssa, ja tarvittava radioisotooppi tuotetaan. Termiä radioisotooppi käytetään epästabiileista ja radioaktiivisista isotoopeista.
Alkuaineiden vakaimmat versiot ovat ne, jotka luettelemme jaksolliseen taulukkoon – eli ne, jotka löydämme luonnollisesti ja yleisimmin. Ne ovat kuitenkin yleisiä juuri stabiiliutensa vuoksi; epästabiilit isotoopit ovat hajonneet muiksi vakaammiksi alkuaineiksi, jättäen jäljelle vakaat versiot. Mikä tekee yhdestä isotooopista vakaamman kuin toisesta?

Stabiilius

Ytimiä koskevassa osiossa mainitsimme lyhyesti, että nukleoneja pitää yhdessä vahva vuorovaikutus, joka voittaa protonien välisen sähköstaattisen hylkimisen. Tämä on avain ytimien stabiiliuden ymmärtämiseen. Sekä neutronit että protonit kokevat vahvan vuorovaikutuksen, mutta vain protonit hylkivät toisiaan, joten neutronit vahvistavat ydintä yhteen pitävää voimaa lisäämättä sähköstaattiseen hylkimiseen.
Saattaisit ajatella, mitä enemmän neutroneja ytimessä on, sitä vakaampi sen pitäisi olla sen perusteella, mitä juuri käsittelimme. Näin ei kuitenkaan ole. Ytimet ovat stabiileja vain tietylle alueelle neutronien ja protonien suhteita, noin 1–1,6. Näiden suhteiden ulkopuolella ydin on epästabiili ja hajoaa. Esimerkiksi typpi on stabiili ja sillä on suhde 1: sillä on 7 neutronia ja 7 protoneja. Alueen toisessa päässä lyijy, joka on myös stabiili, on 82 protoneja ja 126 neutronia, suhteella 1,54. Alla on esitetty graafi, joka näyttää stabiilius alueen protonien ja neutronien lukumäärien mukaan, missä Z on ytimen protonien lukumäärä, N on neutronien lukumäärä, A=Z+N on nukleonien lukumäärä, ja kaksi käyrää vastaavat (1) stabiileja ytimiä, (2) P=N-viivaa. Graafin luotto: Zoltán Elekes.

Siinä mainitaan myös kolme hajomekanismia riippuen siitä, missä ydin sijaitsee tällä graafilla. Jos ytimessä on protonivaje, se käy läpi beetahajoamisen. Jos siinä on neutronivaje, se hajoaa päinvastaisella tavalla, positroni- (myös beetaplus-) hajoamisella. Vaihtoehto tälle on elektronikaappaus, jossa ydin "absorboi" elektronin ja saavuttaa saman tuloksen kuin beetaplus-hajoamisessa. Erittäin massiivisille ytimille on edullista menettää massaa hajotessaan, koska yleisesti ottaen kevyemmät ytimet ovat paljon vakaampia, joten nämä ytimet hajoavat emittoimalla alfapartikkeleita (kaksi protonia ja kaksi neutronia). Kun atomit käyvät läpi beeta- tai alfahajoamisen, ne muuttavat ytimen protonien lukumäärää, muuttaen siten itse alkuainetta – prosessia kutsutaan transmutaatioksi. Olet ehkä kuullut tutkimuksesta, jonka tiedemiehet tekivät ennen kuin ymmärsimme alkuaineita – alkemiasta. Nuo tiedemiehet yrittivät muuttaa muita aineita eri alkuaineiksi, pääasiassa kullaksi, mikä on periaatteessa transmutaatiota ja mitä jokainen epästabiili ydin tekee, joskus monta kertaa ennen vakaiksi tulemista. Jokaista hajoamismekanismia käsitellään tarkemmin seuraavassa osiossa.

Sidosenergia

Erittäin tärkeä ydinfysiikan näkökohta on sidosenergia. Sidosenergioita on useita tyyppejä, mutta tarkoituksiimme tarkastelemme ydinten sidosenergiaa. Tämä on energian määrä, joka täytyy syöttää ytimeen, jotta nukleonit voittaisivat vetovoimansa ja erottautuisivat yksittäisiksi nukleoneiksi. Koko ytimen sidosenergia on pienempi kuin sen ainesosien summa, mikä on toinen tapa, jolla ydin pysyy koossa. Nukleoneilla on energeettisesti edullisempaa (eli energia on alhaisempi) muodostua ja pysyä ytimissä kuin olla erillään. Yksi käsite tällä alalla on sidosenergia nukleonia kohden.

On olemassa raja ytimen massalle, jossa vahva vuorovaikutus ei enää pysty pidättelemään uloimmia nukleoneja. Suurin tunnettu ydin on uraanin ydin, jossa on 238 nukleonia. Tämäkin ydin on kuitenkin erittäin epästabiili, kuten tiedämme uraanin olevan radioaktiivinen, joten sen täytyy käydä läpi hajoaminen.
Alfahajoaminen sallii ytimen menettää massaa stabiiliuden parantamiseksi emittoimalla alfapartikkelin eli heliumytimen. Emittoiva ydin menettää neljä nukleonia – kaksi protonia ja kaksi neutronia – ja käy läpi transmutaation protonien menetyksen vuoksi. Nämä ovat alfapartikkeleita, joita käytettiin Rutherfordin sirontakokeessa atomien tutkimiseen.
Kuten olemme sanoneet, alfahajoaminen pienentää massaa, mutta se on toteutettavissa vain kun sidosenergia nukleonia kohden ei ole minimissä, eli nikkeliä raskaammille alkuaineille, mutta sitä on itse asiassa havaittu vain telluurialkuaineen ja sitä raskaampien alkuaineiden massiivisimmilla ytimillä. Alfahajoaminen on esimerkki prosessista nimeltä 'kvanttitunnelointi'. Atomin ydin luo potentiaalienergiakuopan, kuten kaaviossa on esitetty, joka loukkuun ottaa alfapartikkelin, joka jo on ytimen sisällä.

Hiukkasen energian täytyy olla suurempi kuin kuopan korkeus, jotta hiukkanen voi paeta ytimestä. Klassisessa mekaniikassa alfahajoaminen ei olisi mahdollista, koska alfapartikkelit eivät koskaan pystyisi poistumaan ytimestä. Kvanttimekaniikka kuitenkin sallii tämän tunneloinnin, jossa on pieni tilastollinen mahdollisuus, että alfapartikkeli voisi olla olemassa kuopan ulkopuolella, ja niinpä se voi tunneloitua esteen läpi ja ilmestyä ytimen ulkopuolelle.

Yksi ensimmäisistä säteilytyyppien erottelemiseen käytetyistä ominaisuuksista oli, kuinka paljon materiaalia ne pystyivät läpäisemään. Alfapartikkelit ovat massiivisia ja niillä on suhteellisen alhaiset nopeudet, joten ne todennäköisesti ovat vuorovaikutuksessa kaikkien kohtaamiensa hiukkasten kanssa. Tämä tarkoittaa, että ne voivat läpäistä vain muutaman senttimetrin ilmaa tai ohuen paperi- tai alumiinilevyn.
Alfalähteitä on monia, tunnetuimpia on uraani. Uraani hajoaa emittoimalla alfapartikkelin (α) ja transmutoituu toriumiksi, kuten alla oleva yhtälö osoittaa:

²³⁸U → ²³⁴Th + α

Tämä on vain ensimmäinen askel uraanin hajoamisessa, koska sen täytyy edetä monien muiden vaiheiden läpi ennen kuin se on täysin stabiili.