原子核自發(fā)發(fā)射α粒子并轉(zhuǎn)變成另一種原子核的過程稱為α衰變。 通過測量α粒子的質(zhì)量和電荷，確定α粒子是氦原子核，由2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子組成。 在物理學(xué)中，He用來代表α粒子或氦核。
對于天然放射性同位素來說，只有質(zhì)量數(shù)A大于140的重原子核才能產(chǎn)生α衰變。 特別是原子序數(shù)Z大于82、質(zhì)量數(shù)A大于209的放射性同位素主要發(fā)生α衰變。 以歷史上第一個(gè)分離的強(qiáng)放射性核素鐳為例，其衰變方程如下：
→+42He
在傳統(tǒng)的原子核模型（液滴模型）中，原子核大致呈球?qū)ΨQ，核子通過核力結(jié)合在一起。 按理說衰變常數(shù)，原子核中的核子越多，結(jié)合能就越大，原子核應(yīng)該就越穩(wěn)定。 宇宙中的恒星就是這種情況。 質(zhì)量越大，產(chǎn)生的引力越強(qiáng)，恒星結(jié)合得越緊密。 當(dāng)質(zhì)量達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，就會演化成白矮星、中子星或黑洞。 然而，原子核中的情況卻恰恰相反。 當(dāng)核子數(shù)量超過一定數(shù)量時(shí)，平均結(jié)合能不但不增加，反而降低，發(fā)生放射性衰變。
為什么原子核會發(fā)生α衰變？ 我們來討論一下α衰變的機(jī)制。
原子序數(shù)Z>82的元素都是金屬元素，金屬具有導(dǎo)電的功能。 根據(jù)QM鍵理論，原子間的電場相互作用稱為Q鍵，原子（核）質(zhì)量場相互作用稱為M鍵。 其中：金屬的導(dǎo)電性是原子之間的Q鍵連接（原子核的線性電場串聯(lián)）產(chǎn)生的效應(yīng)。 對于通過Q鍵的兩條平行原子鏈，其原子核的質(zhì)量場也必須平行或在同一平面內(nèi)。
原子核具有雙層盤狀結(jié)構(gòu)。 發(fā)生α衰變的原子核含有較多的核子，A>209； 因此，形成的原子核盤的半徑較大。 這樣，質(zhì)量場處于同一平面的相鄰原子核之間就會產(chǎn)生超強(qiáng)的M鍵。 原子核的質(zhì)量場是一個(gè)旋轉(zhuǎn)場，同方向旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量場產(chǎn)生M鍵效應(yīng)； 換句話說，M鍵效應(yīng)就像兩個(gè)相互糾纏的大氣渦旋。 這時(shí)，位于原子核邊緣的核子很可能會被對方原子核的質(zhì)量場“撕裂”，成為自由粒子。 每個(gè)單層原子核分隔一對核子（質(zhì)子-中子），雙層原子核有兩對核子，通過質(zhì)量場的作用結(jié)合成α粒子。 從原子核中分離出來的粒子需要克服原子核質(zhì)量場的影響。 因此，它們都攜帶著非常高的能量，也就是α射線。
α衰變的機(jī)理是原子的M鍵，其特點(diǎn)是一對原子核相互作用，利用對方質(zhì)量場的引力作用，使自己的原子核發(fā)射α粒子。 因此衰變常數(shù)，α衰變有以下規(guī)則：
假設(shè)初始時(shí)刻（t=0），原子核總數(shù)為N0，一對原子核相互作用產(chǎn)生α衰變的時(shí)間為t0； 那么，在時(shí)間t0之后，1/2N0的原子核將衰變，剩下的1/2N0的原子核保持原來的狀態(tài)。 t0時(shí)刻后，剩余原子核衰變，衰變量為1/2×1/2 N0； 依此類推... nt0 時(shí)間后，(1/2)n N0 原子核將衰變。 不難發(fā)現(xiàn)，核衰變量呈指數(shù)下降曲線，這就是α衰變定律。 一半原子核衰變所需的時(shí)間t0稱為半衰期。
理論上，單位時(shí)間內(nèi)原子核衰變的概率稱為衰變常數(shù)，用λ表示。 核素的平均壽命用τ表示。 t0、λ、τ都是代表放射性核素的特征量。 三者之間的關(guān)系是：
τ=1/λ=1.44t0；