α衰变是一些较重（即拥有较大原子数）的原子核透过放射一个α粒子，变成较轻（即拥有较小原子数）原子核的分裂过程。被放射出来的α粒子（或α辐射）是一 个拥有两个中子和两个质子的氦-4原子核。在地球大气中的氦几乎全部都是由一些较重的放射性核素如铀-238和钍-234，在α衰变中放射出来的副产物。 原子核中有两种自然力和α衰变有关。 第一种力是α粒子内的质子和原子核内其余的质子之间的电磁排斥力，它是使原子核变得不稳定的原因。第二种力是将核子（包括质子和中子）限制在细小核心的 『强』吸引力1。这两种力之间的平衡构成了一个井形的核子屏障，禁止α粒子离开原子核，就像一道牢不可破 的坚固墙壁（见下图）。

在一般情形下，一个α粒子是没有足够的能量越过核屏障的。但是难题就来了：如果α粒子不能越过屏障，为何它能够在α衰变中从原子核中逃脱出来呢？这个问题 是由理论物理学家乔治‧伽莫夫（George Gamow）在1929年利用量子理论解决的，答案就是α粒子能够穿越墙壁！原来在微观世界中，粒子是能够穿透屏障的。这个奇异的现象称为量子穿隧效应 2，它发生的机会率虽然极小，但却不等如零！由于原子核内的α粒子不断以高频率撞击核屏 障，它最终都能够逃离原子核。虽然穿隧的机会率很小，但是我们并不 需要等待很长的时间，才能观测到一次放射性衰变。这是因为在小量的放射性物质内，已经有数量庞大的放射性核素。举例来说，每毫克的铀-238物质内包含了 大约2.5x1018个原子核，所以平均每秒钟便有4亿个原子核发生分裂！