电子决定许多光谱与化学性质，原子核承担几乎全部原子质量，并可能自发改变。先明确原子组成与符号，再区分电子跃迁和核衰变。
1. Nuclear model of the atom
原子核含质子与中子，统称 nucleons 核子；电子在核外。Atomic number 原子序数 \(Z\) 是质子数，mass number 质量数 \(A\) 是质子与中子总数，因此中子数为 \(A-Z\)。
\[{}^A_Z\mathrm X.\]
相同 \(Z\)、不同 \(A\) 为 isotopes 同位素。中性原子有 \(Z\) 个电子，离子由电子数改变形成；普通电离不会改变元素的原子序数。核尺度约 \(10^{-15}\,\mathrm m\)，原子尺度约 \(10^{-10}\,\mathrm m\)。
原子核很小，却集中了大部分质量。电子怎样获得离散能级，可以回顾一个历史性的简化模型。
2. Bohr model of the atom
Bohr model 玻尔模型将库仑引力提供向心作用与允许轨道量子化结合，得到氢原子的离散能量。后来用 de Broglie 关系可把量子化条件理解为 \(2\pi r=n\lambda\)。
模型成功解释氢样系统的部分能级与谱线，但电子不是沿一条可以确定追踪的小圆轨道运动。现代模型使用量子状态与概率分布，也能描述简单轨道图难以处理的现象。
玻尔模型改变的是电子态的描述；核衰变则改变原子核自身，下一部分把它们分清。
3. Types of radioactive decay
Alpha decay \(\alpha\) 衰变释放氦核，母核的 \(A\) 减四、\(Z\) 减二：
\[{}^A_Z\mathrm X\rightarrow{}^{A-4}_{Z-2}\mathrm Y+{}^4_2\mathrm{He}.\]
Beta-minus decay \(\beta^-\) 衰变中一个中子转为质子，释放电子和反电子中微子，\(A\) 不变、\(Z\) 加一：
\[{}^A_Z\mathrm X\rightarrow{}^A_{Z+1}\mathrm Y+{}^0_{-1}e+\bar\nu_e.\]
Beta-plus decay \(\beta^+\) 衰变释放正电子和电子中微子，\(A\) 不变、\(Z\) 减一。Gamma decay \(\gamma\) 衰变是激发核释放光子，\(A,Z\) 都不变。衰变产生的电子来自核过程，不是简单把原来核外的一颗电子甩出去。
每个反应都要检查电荷、核子数、能量与动量，并包含必要的中微子。类型决定如何变化，下一部分讨论何时变化。
4. Nature of radioactive decay
单个不稳定核的衰变是随机事件，不能确定某个核什么时候衰变；大量相同核却具有稳定的统计规律。设衰变常数为 \(\lambda_d\)，
\[\begin{gathered} N=N_0e^{-\lambda_dt}=N_0\left(\frac12\right)^{t/t_{1/2}}, \\ t_{1/2}=\frac{\ln2}{\lambda_d}. \end{gathered}\]
Half-life 半衰期是未衰变核数平均减半所需时间，不是每个核都在这时一起衰变。经过两次半衰期剩四分之一，衰变不会在有限次数后精确变为零。
Activity 活度为单位时间内的平均衰变数，\(\mathcal A=\lambda_dN\)，单位 becquerel，\(\mathrm{Bq}=\mathrm{s^{-1}}\)。测量有统计波动，应考虑背景计数。下一课从自发衰变扩展到核反应，追踪质量和能量。
