放射性是不稳定的原子核自发发生转变，并伴随粒子、电磁辐射或两者同时发射的性质。发生这种转变的原子会变成子体核素，后者可能仍具有放射性，也可能是稳定的。放射性是原子核的一种性质，而放射性活度则是样品中这些转变发生速率的可测量值。放射性不同于一般意义上的辐射：不含放射性物质的辐射源也可以产生辐射。(nrc.gov)
发现与历史发展
1896年，亨利·贝可勒尔发现，铀化合物无需事先接受阳光照射，就能发出使照相底片变黑的穿透性辐射。随后，玛丽·居里提出了“放射性”这一术语。她与皮埃尔·居里合作研究放射性矿物，并于1898年发现了钋和镭。他们的研究表明，这种现象并非铀所独有。贝可勒尔与居里夫妇凭借这些发现和研究，共同获得了1903年的诺贝尔物理学奖。(nobelprize.org)
1934年，伊雷娜·约里奥-居里与弗雷德里克·约里奥通过粒子轰击产生放射性原子核，证实了人工放射性的存在。这表明，原本不具有放射性的材料可以用来制造放射性物质，从而拓展了放射性核素在实验和实际应用中的用途。他们因合成新的放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖。(nobelprize.org)
原子核与衰变方式
原子核由质子和中子组成。质子数决定其所属的化学元素；同一种元素中，中子数不同的原子核互为同位素。放射性核素的原子核结构不稳定，会通过特定的衰变方式发生转变。子体原子核可能继续转变，形成衰变链，最终达到稳定核素。(nrc.gov)
主要的衰变方式包括：
- **阿尔法衰变：**原子核发射一个由两个质子和两个中子组成的阿尔法粒子。其质子数减少二，质量数减少四。阿尔法粒子在物质中会迅速损失能量，射程相对较短。
- **贝塔衰变：**在贝塔负衰变中，一个中子转变为质子，同时发射一个电子和一个电子反中微子。在贝塔正衰变中，一个质子转变为中子，同时发射一个正电子和一个电子型中微子。质量数保持不变。
- **伽马辐射发射：**处于激发态的原子核以高能光子的形式释放多余能量，其质子数和中子数均保持不变。伽马辐射发射往往发生在另一种核转变之后。(nrc.gov)
其他方式包括电子俘获，即原子核俘获一个原子中的电子；以及自发裂变，即重原子核分裂成较轻的原子核。发射的辐射类型、辐射能量以及不同衰变路径发生的概率，都有助于表征一种放射性核素。(gnssn.iaea.org)
衰变规律与半衰期
单个原子核的衰变时刻无法预测，但大量原子核的衰变遵循确定的统计规律。对于衰变概率恒定且没有补充来源的单一放射性核素，尚未衰变的原子核数目的期望值为
[ N(t)=N_0e^{-\lambda t}, ]
其中，(N_0) 为初始原子核数，(\lambda) 为衰变常数。放射性活度为
[ A(t)=-\frac{dN}{dt}=\lambda N(t). ]
因此，随着母体原子核不断衰变，放射性活度按指数规律下降。(iaea.org)
半衰期 (T_{1/2}) 是母体原子核数目的期望值减少一半所需的时间：
[ T_{1/2}=\frac{\ln 2}{\lambda}. ]
经过两个半衰期，母体原子核剩下四分之一；经过三个半衰期，剩下八分之一。这并不意味着全部物质都会消失：子体原子仍然存在，而且也可能贡献额外的放射性活度。因此，含有多种放射性核素的样品，其总放射性活度不一定遵循单一的指数衰减规律。(iaea.org)
测量与探测
放射性活度的国际单位制单位是贝可勒尔（Bq），一贝可勒尔等于每秒发生一次核转变。旧单位居里（Ci）等于 (3.7\times10^{10}) Bq。放射性活度衡量的是核转变发生的频率，而不是人体或物体吸收的能量。(epa.gov)
吸收剂量衡量单位质量物质中沉积的能量，以戈瑞为单位：一戈瑞等于每千克吸收一焦耳的能量。当量剂量和有效剂量以希沃特为单位，并计入辐射权重；有效剂量还计入组织权重。因此，即使放射性活度相同，产生的剂量也可能不同，具体取决于辐射类型、能量、几何条件、屏蔽情况，以及辐射源位于体外还是体内。(epa.gov)
探测仪器通过辐射与物质的相互作用来测量辐射。包括盖革计数器在内的辐射巡测仪可以记录计数率或剂量率。用于识别放射性核素的仪器则分析辐射能谱。不同仪器的探测能力各不相同：适合探测伽马辐射的仪器，未必能有效探测阿尔法粒子。(nrc.gov)
自然存在与应用
天然放射性来自铀-238、钍-232和钾-40等长寿命的原生放射性核素，以及它们的衰变产物。另一些放射性核素则由宇宙射线相互作用持续产生；碳-14就是在大气中形成的。岩石、土壤、食物和生物体中都天然存在放射性物质。氡是天然衰变链中产生的一种放射性气体，也是环境辐射照射的来源之一。(iwaste.epa.gov)
放射性定年法利用放射性衰变，根据母体和子体同位素的丰度确定年代。不同的同位素体系适用于不同的材料和时间尺度。碳-14的半衰期约为5,730年，用于测定曾经属于生物体的材料的年代；其他同位素体系则用于确定岩石和矿物的年代。(pubs.usgs.gov)
人工生产的放射性核素可在科学研究和医学成像中用作示踪剂。放射源还用于放射治疗、工业厚度计和密度计、烟雾探测器，以及航天器电源。这些应用分别利用了可探测的辐射、能量沉积或衰变过程中释放的热量。(nrc.gov)