Hvordan et atom mister protoner

Atomer er de grundlæggende byggesten i al materie. Atomer består af en tæt, positivt ladet kerne, der indeholder protoner og neutroner. Negativt ladede elektroner kredser om kernen. Alle atomer i et bestemt element har det samme antal protoner, kendt som atomnummeret. Der er to generelle processer, hvorved et atom kan miste protoner. Da et element er defineret af antallet af protoner i dets atomer, når et atom mister protoner, bliver det et andet element.

En måde, et atom mister protoner på, er gennem radioaktivt henfald, der opstår, når et atom har en ustabil kerne. Stabiliteten af ​​en kerne afhænger af forholdet mellem protoner og neutroner. For mindre grundstoffer som kulstof og ilt er antallet af protoner stort set lig med antallet af neutroner, og kernerne er stabile. For tungere grundstoffer som uran og plutonium er der mange flere neutroner end protoner, og kernerne i disse grundstoffer er ekstremt ustabile. Faktisk er alle elementer, der har mere end 83 protoner, ustabile. De tre typer radioaktivt henfald er kendt som alfa, beta og gamma.

Alfa-henfald er den eneste måde, hvorpå et atom spontant vil miste protoner. En alfapartikel består af to protoner og to neutroner. Det er i det væsentlige kernen i et heliumatom. Efter at et atom gennemgår en alfa-emission, har det to færre protoner og bliver et atom med et andet element. En sådan proces er, når et uran-238-atom skubber en alfapartikel ud, og det resulterende atom er derefter Thorium-234. Alfa-henfald vil fortsat forekomme, indtil et atom med en stabil kerne resulterer. Alfapartikler er relativt store og absorberes hurtigt. Derfor rejser de ikke langt gennem luften og er ikke så farlige som de andre typer radioaktivt henfald.

Den anden proces, hvorved et atom kan miste protoner, er kendt som nuklear fission. I nuklear fission anvendes en enhed til at accelerere neutroner mod kernen i et atom. Kollisionen mellem neutronerne med atomet får atomets kerne til at bryde sammen i fragmenter. Hvert fragment er omtrent halvdelen af ​​det originale atoms masse.

Når de sammenlægges, er summen af ​​fragmentmasserne imidlertid ikke lig med det originale atoms masse. Dette skyldes, at flere neutroner normalt udsendes som atomfragmenter, og noget af massen omdannes til energi. Faktisk genererer en lille mængde stof en enorm mængde energi.

En almindelig ansøgning om nuklear fission er produktion af kernekraft. I et atomkraftværk bruges energi fra fission til opvarmning af vand, som skaber damp til at dreje en turbine og generere elektricitet. Cirka 20 procent af elektriciteten i USA kommer fra atomkraftværker.

En anden anvendelse af nuklear fission er at fremstille atomvåben. I et atomvåben bruges en udløsende enhed til at indlede fission. En fragmentering fører til en anden, hvilket resulterer i en kædereaktion, der frigiver en enorm mængde destruktiv energi.

De eneste to måder hvorpå atomer mister protoner er gennem radioaktivt henfald og nuklear fission. Begge processer vil kun forekomme i atomer, der har ustabile kerner. Det er velkendt, at radioaktivt forekommer naturligt og spontant. Ifølge J. Marvin Herndon, der er også beviser for, at nuklear fission forekommer naturligt i jordens kappe og kerne, ikke kun i menneskeskabte enheder som kernebomber eller kraftværksreaktorer.