這篇文章是關於電離輻射如何由放射性衰變中產生出來，如果你想知道有關電離輻射的介紹，請參考香港天文台有關網頁。

α衰變是一些較重（即擁有較大原子數）的原子核透過放射一個α粒子，變成較輕（即擁有較小原子數）原子核的分裂過程。被放射出來的α粒子（或α輻射）是一 個擁有兩個中子和兩個質子的氦-4原子核。在地球大氣中的氦幾乎全部都是由一些較重的放射性核素如鈾-238和釷-234，在α衰變中放射出來的副產物。 原子核中有兩種自然力和α衰變有關。 第一種力是α粒子內的質子和原子核內其餘的質子之間的電磁排斥力，它是使原子核變得不穩定的原因。第二種力是將核子（包括質子和中子）限制在細小核心的 『強』吸引力¹。這兩種力之間的平衡構成了一個井形的核子屏障，禁止α粒子離開原子核，就像一道牢不可破 的堅固牆壁（見下圖）。

在一般情形下，一個α粒子是沒有足夠的能量越過核屏障的。但是難題就來了如果α粒子不能越過屏障，為何它能夠在α衰變中從原子核中逃脫出來呢？這個問題 是由理論物理學家喬治‧伽莫夫（George Gamow）在1929年利用量子理論解決的，答案就是α粒子能夠穿越牆壁！原來在微觀世界中，粒子是能夠穿透屏障的。這個奇異的現象稱為量子穿隧效應 ²，它發生的機會率雖然極小，但卻不等如零！由於原子核內的α粒子不斷以高頻率撞擊核屏 障，它最終都能夠逃離原子核。雖然穿隧的機會率很小，但是我們並不 需要等待很長的時間，才能觀測到一次放射性衰變。這是因為在小量的放射性物質內，已經有數量龐大的放射性核素。舉例來說，每毫克的鈾-238物質內包含了 大約2.5x10¹⁸個原子核，所以平均每秒鐘便有4億個原子核發生分裂！

註：
[1] 這裡的『強』吸引力所指的是強核力，是自然界四種基礎力之中最強的。在原子核中 它比電磁力強60倍，但是它的有效範圍也短很多。
[2] 量子穿隧效應跟粒子的波動性質有關。根據量子力學，在任何區域內找到某個粒子的機會率，是與這個粒子的波幅的平 方在這個區域內的積分成正比。由於原子核內 的α粒子的量子波延伸到屏障外的區域，所以在外面找到它的機會率並不等於零。