Как атомът губи протони

Атомите са основните градивни елементи на цялата материя. Атомите се състоят от плътно, положително заредено ядро, което съдържа протони и неутрони. Отрицателно заредените електрони обикалят около ядрото. Всички атоми на определен елемент притежават еднакъв брой протони, известен като атомно число. Има два основни процеса, чрез които атомът може да загуби протони. Тъй като елементът се дефинира от броя на протоните в атомите си, когато атомът загуби протоните, той се превръща в различен елемент.

Един от начините, по който атомът губи протони, е чрез радиоактивен разпад, който се случва, когато атомът има нестабилно ядро. Стабилността на ядрото зависи от съотношението на протоните към неутроните. За по-малки елементи като въглерод и кислород броят на протоните е приблизително равен на броя на неутроните и ядрата са стабилни. За по-тежките елементи като уран и плутоний има много повече неутрони, отколкото протони и ядрата на тези елементи са изключително нестабилни. Всъщност всички елементи, които имат повече от 83 протона, са нестабилни. Трите вида радиоактивен разпад са известни като алфа, бета и гама.

Алфа разпадът е единственият начин, по който атом спонтанно ще загуби протони. Алфа частицата се състои от два протона и два неутрона. По същество това е ядрото на хелиев атом. След като атом претърпи алфа емисия, той има два по-малко протона и се превръща в атом от различен елемент. Един такъв процес е, когато атомът на Уран-238 изхвърля алфа частица и полученият атом тогава е Торий-234. Алфа-разпад ще продължи да се случва, докато не се получи атом със стабилно ядро. Алфа частиците са относително големи и се абсорбират бързо. Следователно те не пътуват далеч във въздуха и не са толкова опасни, колкото другите видове радиоактивен разпад.

Другият процес, чрез който атомът може да загуби протони, е известен като ядрено делене. При ядрено делене се използва устройство за ускоряване на неутроните към ядрото на атом. Сблъсъкът на неутроните с атома кара ядрото на атома да се разпада на фрагменти. Всеки фрагмент е приблизително половината от масата на оригиналния атом.

Въпреки това, когато се съберат, сумата от фрагментните маси не е равна на масата на първоначалния атом. Това е така, защото обикновено се отделят няколко неутрона като фрагментите на атома и част от масата се преобразува в енергия. Всъщност малко количество материя генерира огромно количество енергия.

Често приложение за ядрено делене е генерирането на ядрена енергия. В атомната електроцентрала енергията от делене се използва за нагряване на вода, която създава пара за завъртане на турбина и генериране на електричество. Приблизително 20 процента от електроенергията в САЩ идва от атомни електроцентрали.

Друго приложение на ядреното делене е производството на ядрени оръжия. В ядреното оръжие задействащо устройство се използва за иницииране на делене. Една фрагментация води до друга, което води до верижна реакция, която освобождава огромно количество разрушителна енергия.

Единствените два начина, по които атомите губят протони, са чрез радиоактивен разпад и ядрено делене. И двата процеса ще се случат само в атоми, които имат нестабилни ядра. Добре известно е, че радиоактивно се среща естествено и спонтанно. Според Дж. Марвин Херндън, има доказателства, които предполагат, че ядреното делене се случва естествено в мантията и ядрото на Земята, а не само в изкуствени устройства като ядрени бомби или реактори на електроцентрали.