Большую роль в установлении сложной природы атома и расшифровке его структуры сыграло открытие и изучение «радиоактивности». Радиоактивностью было названо явление, испускания некоторыми элементами излучения, способного проникать через вещества, ионизировать воздух, вызывать почернение фотографических пластинок. Впервые, в 1896 году это явление обнаружил у соединений урана французский физик А. Беккерель, Вскоре Мария Кюрт-Склодовская установила, что радиоактивностью обладают и соединения тория. В 1898 году она вместе со своим супругом, французским физиком , Пьером Кюри, открыла в составе урановых руд два новых радиоактивных элемента, - названных по ее предложению полонием (от латинского Роlonia —Польша) и радием (от латинского radius — луч). Новые элементы оказались гораздо более мощными источниками радиоактивного излучения, чем уран и торий.

Исследованиями супругов Кюри и английского физика Э. Резерфорда было установлено, что радиоактивное излучение неоднородно: под действием магнитного поля оно разделяется на три пучка, один из которых не изменяет своего первоначального направления, а два другие отклоняются в противоположные стороны.

Лучи, не отклоняющиеся в магнитном поле и, следовательно, не несущие электрического заряда, получили название у-лучей. Они представляют собой электромагнитное излучение, сходное с рентгеновскими лучами и обладающее очень большой проникающей способностью.

Отклонение двух других пучков под действием магнитного поля показывает, что эти пучки состоят из электрически заряженных частиц. Противоположные же направления наблюдаемых отклонений свидетельствуют о том, что в состав одного пучка входят отрицательно заряженные частицы (этот вид излучения получил название (3 - лучей), а в состав другого (названного а-лучами)-частицы, обладающие положительным зарядом. (З-Лучи оказались потоком быстро движущихся электронов. Это еще раз подтвердило, что электроны входят в состав атомов.

Что же касается положительно заряженных а-лучей, то, как выяснилось, они состоят из частиц, масса которых равна массе атома гелия, а абсолютная величина заряда — удвоенному заряду электрона. Прямым опытом Резерфорд доказал, что эти-частицы представляют собой заряженные атомы гелия. Он поместил тонкостенную ампулу с небольшим количеством радия внутрь большой про бирки, из которой после этого был удален воздух. Излучение проникало через тонкие стенки внутренней ампулы, по задерживалось толстыми стенками внешней пробирки, так что а-частицы оставались в пространстве между ампулой и пробиркой. С помощью спектрального анализа в этом пространстве было обнаружено присутствие гелия.

Результаты опыта означали, что атомы радия в процессе радиоактивного излучения распадаются, превращаясь в атомы других элементов,— в частности, в атомы гелия. Впоследствии было показано, что другим продуктом распада радия является элемент радон, также обладающий радиоактивностью и принадлежащий к семейству благородных газов. Аналогичные выводы были получены при исследовании других радиоактивных элементов.