كيف تخسر الذرة البروتونات

الذرات هي اللبنات الأساسية لكل مادة. تتكون الذرات من نواة كثيفة موجبة الشحنة تحتوي على البروتونات والنيوترونات. تدور الإلكترونات سالبة الشحنة حول النواة. تمتلك جميع ذرات عنصر معين نفس عدد البروتونات ، والمعروف باسم العدد الذري. هناك نوعان من العمليات العامة التي يمكن للذرة من خلالها أن تفقد البروتونات. نظرًا لتعريف العنصر بعدد البروتونات في ذراته ، فعندما تفقد الذرة البروتونات ، فإنها تصبح عنصرًا مختلفًا.

إحدى الطرق التي تفقد بها الذرة البروتونات هي من خلال التحلل الإشعاعي ، والذي يحدث عندما تحتوي الذرة على نواة غير مستقرة. يعتمد استقرار النواة على نسبة البروتونات إلى النيوترونات. بالنسبة للعناصر الأصغر مثل الكربون والأكسجين ، فإن عدد البروتونات يساوي تقريبًا عدد النيوترونات ، وتكون النوى مستقرة. بالنسبة للعناصر الأثقل مثل اليورانيوم والبلوتونيوم ، يوجد عدد من النيوترونات أكثر بكثير من البروتونات ، ونواة هذه العناصر غير مستقرة للغاية. في الواقع ، جميع العناصر التي تحتوي على أكثر من 83 بروتونًا غير مستقرة. تُعرف الأنواع الثلاثة من الاضمحلال الإشعاعي باسم ألفا وبيتا وجاما.

إن تحلل ألفا هو الطريقة الوحيدة التي تفقد فيها الذرة البروتونات تلقائيًا. يتكون جسيم ألفا من بروتونين ونيوترونين. إنها في الأساس نواة ذرة الهيليوم. بعد أن تخضع الذرة لانبعاث ألفا ، يكون لديها عدد أقل من البروتونين وتصبح ذرة عنصر مختلف. إحدى هذه العمليات هي عندما تقوم ذرة يورانيوم 238 بإخراج جسيم ألفا والذرة الناتجة هي Thorium-234. سيستمر حدوث تسوس ألفا حتى تظهر ذرة ذات نواة مستقرة. جسيمات ألفا كبيرة نسبيًا ويتم امتصاصها بسرعة. لذلك فهي لا تسافر لمسافات بعيدة في الهواء وليست خطيرة مثل الأنواع الأخرى من الاضمحلال الإشعاعي.

تُعرف العملية الأخرى التي يمكن من خلالها للذرة أن تفقد البروتونات بالانشطار النووي. في الانشطار النووي ، يتم استخدام جهاز لتسريع النيوترونات نحو نواة الذرة. يؤدي اصطدام النيوترونات بالذرة إلى تفكك نواة الذرة إلى أجزاء. كل جزء هو نصف كتلة الذرة الأصلية تقريبًا.

ومع ذلك ، عند جمعها معًا ، فإن مجموع كتل الشظايا لا يساوي كتلة الذرة الأصلية. وذلك لأن العديد من النيوترونات تنبعث عادة على شكل شظايا الذرة ويتم تحويل بعض الكتلة إلى طاقة. في الواقع ، كمية صغيرة من المادة تولد كمية هائلة من الطاقة.

التطبيق الشائع للانشطار النووي هو توليد الطاقة النووية. في محطة الطاقة النووية ، تُستخدم الطاقة الناتجة عن الانشطار لتسخين المياه ، مما ينتج بخارًا لتشغيل التوربين وتوليد الكهرباء. ما يقرب من 20 في المائة من الكهرباء في الولايات المتحدة تأتي من محطات الطاقة النووية.

تطبيق آخر للانشطار النووي في صنع أسلحة نووية. في السلاح النووي ، يتم استخدام جهاز إطلاق لبدء الانشطار. يؤدي أحد التجزؤ إلى الآخر ، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل يطلق كمية هائلة من الطاقة المدمرة.

الطريقتان الوحيدتان اللتان تفقد بهما الذرات البروتونات هما من خلال الاضمحلال الإشعاعي والانشطار النووي. تحدث كلتا العمليتين فقط في الذرات التي تحتوي على نوى غير مستقرة. من المعروف أن النشاط الإشعاعي يحدث بشكل طبيعي وعفوي. وفقًا لـ J. مارفن هيرندون ، هناك أيضًا أدلة تشير إلى أن الانشطار النووي يحدث بشكل طبيعي في غلاف الأرض ولبها ، وليس فقط في الأجهزة التي يصنعها الإنسان مثل القنابل النووية أو مفاعلات محطات الطاقة.