de kernkracht die een atoomkern bij elkaar houdt is zeer sterk, in het algemeen veel sterker dan de afstotende elektromagnetische krachten tussen de protonen. De kernkracht is echter ook van korte afstand, en daalt snel in kracht boven ongeveer 1 femtometer, terwijl de elektromagnetische kracht een onbeperkt bereik heeft., De kracht van de aantrekkelijke kernkracht die een kern bij elkaar houdt is dus evenredig met het aantal nucleonen, maar de totale verstorende elektromagnetische kracht die probeert de kern uit elkaar te breken is ruwweg evenredig met het kwadraat van zijn atoomnummer. Een kern met 210 of meer nucleonen is zo groot dat de sterke kernkracht die hem bij elkaar houdt nauwelijks tegenwicht kan bieden aan de elektromagnetische afstoting tussen de protonen die hij bevat. Alfa-verval komt in dergelijke kernen voor als een middel om de stabiliteit te verhogen door grootte te verminderen.,een curiositeit is waarom alfa-deeltjes, heliumkernen, bij voorkeur zouden moeten worden uitgestoten in tegenstelling tot andere deeltjes zoals een enkel proton of neutron of andere atoomkernen. Een deel van de reden is de hoge bindingsenergie van het alfadeeltje, wat betekent dat zijn massa kleiner is dan de som van de massa ‘ s van twee protonen en twee neutronen. Dit verhoogt de desintegratie energie., Het berekenen van de totale desintegratie van de energie gegeven door de vergelijking

E = ( m − m-f − m-p ) c 2 {\displaystyle E=(m_{\text{i}}-m_{\text{f}}-m_{\text{p}})c^{2}}

waar is m i {\displaystyle m_{\text{i}}} is de eerste massa van de kern, m f {\displaystyle m_{\text{f}}} is de massa van de kern na deeltje emissie, en m p {\displaystyle m_{\text{p}}} is de massa van de uitgestoten deeltjes, men vindt dat het in bepaalde gevallen positief en dus alpha-deeltje emissie is mogelijk, terwijl de overige verval modi zou vereisen energie worden toegevoegd., Uit de berekening voor uranium-232 blijkt bijvoorbeeld dat de Alfa-deeltjesemissie 5,4 MeV energie oplevert, terwijl voor een enkele protonemissie 6,1 MeV nodig is. Het grootste deel van de desintegratieenergie wordt de kinetische energie van het Alfa-deeltje zelf, hoewel om het momentum te behouden een deel van de energie naar de terugslag van de kern zelf gaat (zie atomaire terugslag)., Aangezien de massa van de meeste alfauitstralende radio-isotopen echter groter is dan 210, veel groter dan het massagetal van het alfadeeltje (4), is de fractie van de energie die naar de terugslag van de kern gaat over het algemeen vrij klein, minder dan 2%.

deze desintegratieenergieën zijn echter aanzienlijk kleiner dan de afstotende potentiële barrière die wordt gecreëerd door de elektromagnetische kracht, die voorkomt dat het alfadeeltje ontsnapt., De energie die nodig is om een alfadeeltje van oneindigheid naar een punt in de buurt van de kern te brengen net buiten het bereik van de invloed van de kernkracht ligt over het algemeen in het bereik van ongeveer 25 MeV. Een alfadeeltje kan worden gezien als zich binnen een potentiële barrière waarvan de wanden 25 MeV boven de oneindig potentiaal liggen. Echter, verval alfa deeltjes hebben slechts energieën van ongeveer 4 tot 9 MeV boven het potentieel op oneindig, veel minder dan de energie die nodig is om te ontsnappen.

de kwantummechanica laat het alfadeeltje echter ontsnappen via kwantumtunneling., De kwantumtunnelingtheorie van alfa-verval, onafhankelijk ontwikkeld door George Gamow en Ronald Wilfred Gurney en Edward Condon in 1928, werd geprezen als een zeer opvallende bevestiging van de kwantumtheorie. Het Alfa-deeltje ontsnapt uit de kern, niet door genoeg energie te verkrijgen om over de muur te gaan, maar door een tunnel door de muur te graven., Gurney en Condon maakten de volgende opmerking in hun paper over het:

Het was tot nu toe noodzakelijk om een speciale willekeurige ‘instabiliteit’ van de kern te postuleren, maar in de volgende noot wordt erop gewezen dat desintegratie een natuurlijk gevolg is van de wetten van de kwantummechanica zonder enige speciale hypothese… Er is veel geschreven over het explosieve geweld waarmee het α-deeltje van zijn plaats in de kern wordt geslingerd. Maar uit het hierboven afgebeelde proces zou men liever zeggen dat het α-deeltje bijna onopgemerkt weg glipt.,

De theorie veronderstelt dat het alfadeeltje kan worden beschouwd als een onafhankelijk deeltje binnen een kern, dat constant in beweging is maar binnen de kern wordt gehouden door elektromagnetische krachten. Bij elke botsing met de afstotende potentiële barrière van de elektromagnetische kracht, is er een kleine niet-NUL kans dat het zijn weg naar buiten zal tunnelen. Een alfadeeltje met een snelheid van 1,5×107 m / s binnen een kerndiameter van ongeveer 10-14 m botst meer dan 1021 keer per seconde met de barrière., Als de kans op ontsnapping bij elke botsing echter erg klein is, zal de halfwaardetijd van de radio-isotoop erg lang zijn, aangezien het de tijd is die nodig is om de totale kans op ontsnapping te bereiken tot 50%. Als extreem voorbeeld is de halfwaardetijd van de isotoop bismut-209 2,01×1019 jaar.

de isotopen in beta-vervalstabiele isobars die ook stabiel zijn met betrekking tot dubbel beta-verval met massagetal A = 5, A = 8, 143 ≤ A ≤ 155, 160 ≤ a ≤ 162, en a ≥ 165 worden verondersteld alfa-verval te ondergaan. Alle andere massagetallen (isobars) hebben precies één theoretisch stabiele nuclide)., Die met massa 5 verval tot helium-4 en een proton of een neutron, en die met massa 8 verval tot twee helium-4 kernen; hun halfwaardetijden (helium-5, lithium – 5 en beryllium-8) zijn zeer kort, in tegenstelling tot de halfwaardetijden voor alle andere dergelijke nucliden met een ≤ 209, die zeer lang zijn. (Dergelijke nucliden met een ≤ 209 zijn primordiale nucliden behalve 146Sm.)

Het uitwerken van de details van de theorie leidt tot een vergelijking die de halfwaardetijd van een radio-isotoop relateert aan de vervalenergie van zijn alfadeeltjes, een theoretische afleiding van de empirische Geiger–Nuttall-wet.