Число протонов в ядре атома какого-либо элемента полностью определяет химические свойства этого элемента, его химическую принадлежность. До тех пор пока число протонов в ядре остается неизменным, атом данного химического элемента остается атомом этого элемента. При нормальном состоянии атома число электронов в его оболочке, окружающей ядро, равно числу протонов в ядре. Ионизация атома, то есть удаление из его оболочки одного или нескольких электронов, не затрагивает ядра: ядро остается при этом неизменным.
Нейтрон может превратиться в протон и наоборот. Подобные превращения бывают в распадающихся ядрах радиоактивных элементов, испускающих бета-частицы.
Превращение одного из нейтронов ядра в протон сопровождается рождением электрона и маленькой нейтральной частички — нейтрино, которые тотчас же и выбрасываются из ядра с огромной скоростью. Этот новорожденный электрон и представляет собой известную нам бета-частицу. Образование бета-частицы и нейтрино происходит за счет той избыточной массы, которой обладает нейтрон по сравнению с протоном. Превращение нейтрона в протон наблюдается в тех ядрах, которые имеют избыток нейтронов, то есть имеют их больше, чем это требуется для устойчивого существования ядра. Подобное же самопроизвольное превращение испытывает и свободный нейтрон, находящийся вне ядра.
Превращение свободного протона в нейтрон обычно в природе не наблюдается, поскольку масса протона меньше массы нейтрона, и не обеспечивает такого превращения. Но, находясь внутри ядра, протон может превратиться в нейтрон. Такое превращение наблюдается в ядрах некоторых искусственно радиоактивных веществ, получаемых путем бомбардировки разных нерадиоактивных материалов быстрыми частицами. В ядрах атомов этих веществ слишком мало нейтронов, а протонов имеется в избытке. В этом случае один из протонов ядра, получивший добавочную массу и энергию за счет бомбардирующих частиц, может превратиться в нейтрон, испуская положительный электрон (позитрон) и нейтрино.
Возможен и второй путь превращения протона в нейтрон. Протон может захватить один из электронов атома, вращающихся вокруг ядра, и стать в результате этого нейтроном. Чаще всего происходит захват электрона из ближайшего к ядру слоя K электронной оболочки. Вследствие этого такой процесс получил название Л-захвата. Представление о том, что электроны и протоны рождаются в ядре в результате превращения протонов и нейтронов друг в друга, было выдвинуто и обосновано Д. Д. Иваненко.
