পারমাণবিক নিউক্লিয়াসকে একসাথে ধরে রাখা নিউক্লিয়ার বলটি খুব শক্তিশালী হয়, প্রোটনগুলির মধ্যে বিকর্ষণকারী তড়িচ্চুম্বকীয় বলের চেয়ে অনেক বেশি শক্তিশালী। তবে নিউক্লিয়ার বল খুব স্বল্প পরিসরে কাজ করে, প্রায় ১ ফেমটোমিটারের বাইরে দ্রুত এর শক্তি হ্রাস পায়, কিন্তু তড়িচ্চুম্বকীয় বল বহুদূর পর্যন্ত কাজ করে। অর্থাৎ নিউক্লিয়াসকে একসাথে ধরে রাখার আকর্ষণকারী নিউক্লিয়ার বলের শক্তি নিউক্লিয়নের সংখ্যার সাথে সমানুপাতিক, তবে যে তড়িচ্চুম্বকীয় বল নিউক্লিয়াসকে পৃথক করে ভেঙে ফেলার চেষ্টা করে, মোটামুটিভাবে সেটি তার পারমাণবিক সংখ্যার বর্গের সমানুপাতিক। ২১০ বা তারও বেশি নিউক্লিয়ন সহ একটি নিউক্লিয়াস এত বড় যে এদের একত্রে ধরে রাখার জন্য
শক্তিশালী নিউক্লিয়ার বলটি এর মধ্যের প্রোটনগুলির মধ্যে বিকর্ষণকারী তড়িচ্চুম্বকীয় বলের সমবল মাত্র হতে পারে। এই সব নিউক্লিয়াস গুলিতে আকার কমিয়ে স্থায়িত্ব বাড়ানোর জন্য আলফা ক্ষয় ঘটে।

এখন প্রশ্ন হল একক প্রোটন বা নিউট্রন বা অন্যান্য পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের বদলে আলফা কণা, হিলিয়াম নিউক্লিয়াসকেই কেন পছন্দ করা হবে নিঃসরণ করার জন্য। এর কিছুটা উত্তর পাওয়া যায় ওয়েভ ফাংশন প্রতিসাম্য সংরক্ষণ থেকে, যা একটি কণাকে স্বতঃস্ফূর্তভাবে পরিবর্তিত হয়ে বোস–আইনস্টাইন পরিসংখ্যান (যদি এর নিউক্লিয়নগুলি যুগ্ম সংখ্যায় থাকে) থেকে ফার্মি–ডিরাক পরিসংখ্যান (যদি এর নিউক্লিয়নগুলি বিজোড় সংখ্যায় থাকে) প্রদর্শন করতে বাধা দেয় অথবা তদ্বিপরীত। একক প্রোটন নিঃসরণ, বা বিজোড় স্ংখ্যার নিউক্লিয়নের কোনও কণার নির্গমন হলে সংরক্ষণ আইন লঙ্ঘিত হয়। উত্তরের বাকি অংশটি পাওয়া যায় আলফা কণার খুব উচ্চ বন্ধন শক্তি থেকে। সমীকরণের দ্বারা মোট বিভাজন শক্তি গণনা করে পাওয়া যায়:
এখানে formula_2 হল নিউক্লিয়াসের প্রাথমিক ভর, formula_3 হল কণা নিঃসরণের পরে নিউক্লিয়াসের ভর, এবং formula_4 হল নির্গত কণার ভর। এটা থেকে বোঝা যায় যে, আলফা কণা নির্গমন নিউক্লিয়াসের নিজস্ব শক্তি দ্বারাই সম্ভব, অন্যান্য ক্ষয়কারী নিঃসরণের জন্য অতিরিক্ত শক্তি প্রয়োজন। উদাহরণ স্বরূপ, ইউরেনিয়াম-২৩২ এর জন্য গণনা সম্পাদন করে দেখা যায় যে আলফা কণা নিঃসরণে মাত্র ৫.৪ মেগা ইলেকট্রন ভোল্টের প্রয়োজন হবে, যখন কোনও একক প্রোটন নিঃসরণে লাগবে ৬.১ মেগা ইলেকট্রন ভোল্ট। এই বিভাজন শক্তির বেশিরভাগই আলফা কণার নিজের গতিশক্তি হয়ে যায়, যদিও ভরবেগ বজায় রাখার জন্য এই শক্তির কিছু অংশ নিউক্লিয়াসেই ফিরে আসে। তবে, যেহেতু বেশিরভাগ আলফা নির্গমনকারী তেজস্ক্রিয় সমস্থানিকের ভর সংখ্যা ২১০ এর বেশি হয়, যা আলফা কণার ভর সংখ্যার চেয়ে অনেক বড়(৪), নিউক্লিয়াসে পুনরুদ্ধার হওয়া শক্তির অংশটি সাধারণত খুব কম হয়।

এই বিভাজন শক্তিগুলি নিউক্লিয়ার বলের দ্বারা সরবরাহিত বিভব বাধা, যা আলফা কণা নির্গমনে বাধা দেয়, তার থেকে যথেষ্ট কম। তড়িচ্চুম্বকীয় বিকর্ষণ বলের বিরুদ্ধে গিয়ে অসীম থেকে একটি আলফা কণাকে নিউক্লিয়াসের কাছে নিউক্লিয়ার বলের প্রভাবের সীমার ঠিক বাইরে আনতে যে পরিমাণ কাজ করতে হবে, তা হল প্রায় ২৫ এমইভি। মনে করা যেতে পারে আলফা কণা ২৫ এমইভি বিভব বাধার মধ্যে রয়েছে। তবে আলফা কণাগুলিতে কেবল ৪ এমইভি থেকে প্রায় ৯ এমইভি গতিশক্তি থাকে, যা প্রয়োজনীয় মুক্তি গতিশক্তির চেয়ে অনেক কম।

তবে, কোয়ান্টাম টানেলিংয়ের প্রক্রিয়ার মাধ্যমে, কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞানে এর একটি ব্যাখ্যা পাওয়া যায়। ১৯২৮ সালে আলফা ক্ষয়ের কোয়ান্টাম টানেলিং তত্ত্বটি স্বাধীনভাবে জর্জ গ্যামফ,রোনাল্ড উইলফ্রেড গার্নি এবং এডওয়ার্ড কন্ডন প্রকাশ করেছিলেন। এটি কোয়ান্টাম তত্ত্বের খুব উল্লেখযোগ্য নিশ্চিতকরণ হিসাবে প্রশংসিত হয়েছিল। মূলত, আলফা কণা নিউক্লিয়াস থেকে কোয়ান্টাম টানেল দিয়ে বেরিয়ে যায়। গার্নি এবং কন্ডন তাঁদের গবেষণাপত্রে নিম্নলিখিত পর্যবেক্ষণ করেছেন:
এযাবৎ নিউক্লিয়াসের কিছু বিশেষ অবাধ ‘অস্থিরতা’র মৌলিক নীতি নির্ধারণ করা দরকার ছিল; তবে নিচের টীকায় এটি উল্লেখ করা হয়েছে যে এই বিভাজন কোনও বিশেষ অনুমান ছাড়াই কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞান সূত্রের স্বাভাবিক ফল... যে বিস্ফোরণ নিয়ে α কণা নিউক্লিয়াসে তার জায়গা থেকে বেরিয়ে আসে তাই নিয়ে অনেক কিছু লেখা হয়েছে। কিন্তু উপরের চিত্র থেকে যে প্রক্রিয়াটি পাওয়া যায়, কেউ বরং বলবেন যে α কণা প্রায় অদৃশ্য ভাবে বেরিয়ে যায়।
তত্ত্বটি বলে যে আলফা কণাকে নিউক্লিয়াসের মধ্যে একটি স্বাধীন কণা হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে যা সর্বক্ষণ গতিমান থাকে, কিন্তু নিউক্লিয়ার বলের দ্বারা নিউক্লিয়াসের মধ্যে আটকে থাকে। নিউক্লিয়ার বলের বিভব বাধার সাথে প্রতিটি সংঘর্ষে, একটি ছোট, কিন্তু শূণ্য নয়, এমন সম্ভাবনা তৈরি হয় যাতে এটি টানেলিং করে বেরিয়ে যেতে পারে। ১.৫ x ১০ মি./সে. গতি সহ একটি আলফা কণা, যেটি প্রায় ১০ মি. পারমাণবিক ব্যাসের মধ্যে থাকে, সেটি প্রতি সেকেন্ডে ১০ বারের বেশি বিভব বাধার সাথে ধাক্কা খাবে। তবে, প্রতিটি সংঘর্ষে মুক্ত হওয়ার সম্ভাবনা যদি খুব সামান্য হয়, তবে তেজস্ক্রিয় সমস্থানিকের অর্ধেক জীবন খুব দীর্ঘ হবে, যেহেতু মুক্তির মোট সম্ভাব্যতা ৫০% এ পৌঁছানোর জন্য এটি প্রয়োজনীয় সময়। চরম উদাহরণ হিসাবে বলা যায়, বিসমাথ-২০৯ আইসোটোপের অর্ধ-জীবন হল ১.৯ x ১০ বছর।

বিটা-ক্ষয় স্থিতিশীল আইসোবার এর মধ্যে "আ" = ৫, "আ" = ৮, ১৪৩ ≤ "আ" ≤ ১৫৫, ১৬০≤ "আ" ≤১৬২ এবং "আ" ≥ ১৬৫ আণবিক ভর সংখ্যা যুক্ত সমস্থানিকগুলি, যে গুলি দ্বিগুণ বিটা ক্ষয়ের সাথেও স্থিতিশীল, তত্ত্বগতভাবে তাদের আলফা ক্ষয় হওয়ার কথা (ক্ষয় "৫" হলে একটি হিলিয়াম-৪ এবং একটি প্রোটন বা একটি নিউট্রন, ক্ষয় "৮" হলে দুটি হিলিয়াম-৪)। এদের অর্ধ-জীবন (হিলিয়াম-৫, লিথিয়াম-৫, এবং বেরিলিয়াম৮) খুব ছোট। যেখানে "আ" ≤২০৯ এর নিউক্লাইডগুলির অর্ধজীবন খুব দীর্ঘ হয়। "আ" ≤২০৯ এর অন্তর্গত সমস্ত নিউক্লাইডগুলি অপরির্তনীয় নিউক্লাইড ("আ"=১৪৬ ছাড়া)। তবে কেবল "আ" = ৫, ৮, ১৪৪, ১৪৬, ১৪৭, ১৪৮, ১৫১, ১৮৬ এবং ≥২০৯ নিউক্লাইডগুলির আলফা ক্ষয় লক্ষ্য করা গেছে ("আ" = ১৪৫, ১৪৯, ১৮২, ১৮৩, ১৮৪, ১৯২, ২০৪, এবং ২০৮ যুক্ত নিউক্লাইডগুলির জন্যও ক্ষয়ের অনুসন্ধান করা হয়েছে)। তত্ত্বগতভাবে অন্যান্য সমস্ত ভরসংখ্যার (সমস্থানিক গুলির ঠিক একটি স্থিতিশীল নিউক্লাইড) রয়েছে।

তত্ত্বটি নিয়ে বিশদ ভাবে কাজ করে রেডিওসমস্থানিকের অর্ধ-জীবন এবং আলফা কণাগুলির ক্ষয় শক্তির সঙ্গে সম্পর্কিত একটি সমীকরণ পাওয়া গেছে। সেটি গবেষণামূলক গাইগার–নিউটাল সূত্রের একটি প্রয়োগগত উদ্ভাবন।

ব্যবহার
বিষ মাত্রা
পদ্ধতি
ইতিহাস