Kuinka atomi menettää protoneja

Atomit ovat kaiken aineen peruselementit. Atomit koostuvat tiheästä, positiivisesti varautuneesta ytimestä, joka sisältää protoneja ja neutroneja. Negatiivisesti varautuneet elektronit kiertävät ydintä. Kaikilla tietyn elementin atomeilla on sama määrä protoneja, joita kutsutaan atomiluvuiksi. On olemassa kaksi yleistä prosessia, joiden avulla atomi voi menettää protoneja. Koska alkuaine määritellään sen atomien protonien lukumäärällä, kun atomista häviävät protonit, siitä tulee erilainen elementti.

Yksi tapa, jolla atomi menettää protoneja, on radioaktiivinen hajoaminen, joka tapahtuu, kun atomilla on epävakaa ydin. Ytimen stabiilisuus riippuu protonien ja neutronien suhteesta. Pienemmille alkuaineille, kuten hiili ja happi, protonien lukumäärä on suunnilleen sama kuin neutronien lukumäärä ja ytimet ovat vakaat. Raskaammille alkuaineille, kuten uraanille ja plutoniumille, on paljon enemmän neutroneja kuin protoneja, ja näiden alkuaineiden ytimet ovat erittäin epävakaita. Itse asiassa kaikki elementit, joissa on yli 83 protonia, ovat epävakaita. Kolme radioaktiivisen hajoamisen tyyppiä tunnetaan alfa-, beeta- ja gamma-muodossa.

Alfa-hajoaminen on ainoa tapa, jolla atomi menettää spontaanisti protoneja. Alfa-partikkeli koostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista. Se on pohjimmiltaan heliumatomin ydin. Kun atomi on käynyt läpi alfaemissio, sillä on kaksi protonia vähemmän ja siitä tulee eri elementin atomi. Yksi tällainen prosessi on, kun uraani-238-atomi työntää alfa-partikkelin ja tuloksena oleva atomi on sitten torium-234. Alfa-hajoaminen jatkuu, kunnes muodostuu stabiili ydin. Alfa-hiukkaset ovat suhteellisen suuria ja imeytyvät nopeasti. Siksi ne eivät kulje kauas ilman läpi eivätkä ole yhtä vaarallisia kuin muut radioaktiivisen hajoamisen tyypit.

Toinen prosessi, jolla atomi voi menettää protoneja, tunnetaan ydinfissiona. Ydinfissiossa laitetta käytetään kiihdyttämään neutroneja kohti atomin ydintä. Neutronien törmäys atomin kanssa aiheuttaa atomin ytimen hajoamisen sirpaleiksi. Jokainen fragmentti on suunnilleen puolet alkuperäisen atomin massasta.

Yhdistettynä fragmenttimassojen summa ei kuitenkaan ole yhtä suuri kuin alkuperäisen atomin massa. Tämä johtuu siitä, että atominpalasina emittoituu yleensä useita neutroneja ja osa massasta muuttuu energiaksi. Itse asiassa pieni määrä ainetta tuottaa valtavan määrän energiaa.

Ydinfissio on yleinen sovellus ydinvoiman tuottamisessa. Ydinvoimalaitoksessa fissiovoimaa käytetään veden lämmittämiseen, mikä luo höyryä turbiinin kääntämiseksi ja sähkön tuottamiseksi. Noin 20 prosenttia Yhdysvaltain sähköstä tulee ydinvoimaloista.

Toinen ydinfissiosovellus on ydinaseiden valmistus. Ydinaseessa liipaisulaitetta käytetään fissio. Yksi pirstoutuminen johtaa toiseen, mikä johtaa ketjureaktioon, joka vapauttaa valtavan määrän tuhoavaa energiaa.

Ainoat kaksi tapaa, joilla atomit menettävät protoneja, ovat radioaktiivinen hajoaminen ja ydinfissio. Molemmat prosessit tapahtuvat vain atomeissa, joilla on epävakaat ytimet. On tunnettua, että radioaktiivisesti tapahtuu luonnollisesti ja spontaanisti. J. Marvin Herndon, on myös todisteita siitä, että ydinfissio tapahtuu luonnollisesti maapallon vaipassa ja ytimessä, ei pelkästään ihmisen tekemissä laitteissa, kuten ydinpommissa tai voimalaitosreaktoreissa.