Atomi su temeljni gradivni elementi sve tvari. Atomi se sastoje od guste, pozitivno nabijene jezgre koja sadrži protone i neutrone. Negativno nabijeni elektroni kruže oko jezgre. Svi atomi određenog elementa posjeduju jednak broj protona, poznat kao atomski broj. Postoje dva opća procesa kojima atom može izgubiti protone. Budući da je element definiran brojem protona u svojim atomima, kada atom izgubi protone, on postaje drugačiji element.
Radioaktivni raspad
Jedan od načina na koji atom gubi protone je radioaktivni raspad, koji se događa kada atom ima nestabilnu jezgru. Stabilnost jezgre ovisi o omjeru protona i neutrona. Za manje elemente poput ugljika i kisika, broj protona je približno jednak broju neutrona, a jezgre su stabilne. Za teže elemente poput urana i plutonija postoji mnogo više neutrona nego protona, a jezgre tih elemenata izuzetno su nestabilne. U stvari su svi elementi koji imaju više od 83 protona nestabilni. Tri vrste radioaktivnog raspada poznate su kao alfa, beta i gama.
Alfa raspadanje
Alfa raspad jedini je način na koji će atom spontano izgubiti protone. Alfa čestica sastoji se od dva protona i dva neutrona. To je u osnovi jezgra atoma helija. Nakon što atom prođe alfa emisiju, ima dva protona manje i postaje atom drugog elementa. Jedan od takvih postupaka je kada atom Urana-238 izbaci alfa česticu, a rezultirajući atom tada je Torij-234. Alfa raspad nastavit će se događati sve dok ne dobije atom sa stabilnom jezgrom. Alfa čestice su relativno velike i brzo se apsorbiraju. Stoga ne putuju daleko zrakom i nisu toliko opasni kao druge vrste radioaktivnog raspada.
Nuklearna fizija
Drugi postupak kojim atom može izgubiti protone poznat je pod nazivom nuklearna fisija. U nuklearnoj fisiji koristi se uređaj za ubrzavanje neutrona prema jezgri atoma. Sudar neutrona s atomom uzrokuje raspadanje jezgre atoma na fragmente. Svaki fragment je otprilike polovina mase izvornog atoma.
Međutim, kada se zbroje, zbroj masa fragmenata nije jednak masi izvornog atoma. To je zato što se nekoliko neutrona obično emitira kao fragmenti atoma, a dio mase se pretvori u energiju. Zapravo, mala količina materije stvara ogromnu količinu energije.
Primjene fisije
Uobičajena primjena nuklearne fisije je u proizvodnji nuklearne energije. U nuklearnoj elektrani energija iz fisije koristi se za zagrijavanje vode koja stvara paru za okretanje turbine i proizvodnju električne energije. Otprilike 20 posto električne energije u Sjedinjenim Državama dolazi iz nuklearnih elektrana.
Druga primjena nuklearne fisije je u izradi nuklearnog oružja. U nuklearnom oružju uređaj za aktiviranje koristi se za pokretanje fisije. Jedna fragmentacija dovodi do druge, što rezultira lančanom reakcijom koja oslobađa enormnu količinu razorne energije.
Razmatranja
Jedina dva načina na koja atomi gube protone su putem radioaktivnog raspada i nuklearne fisije. Oba će se procesa dogoditi samo u atomima koji imaju nestabilne jezgre. Dobro je poznato da se radioaktivno javlja prirodno i spontano. Prema J. Marvin Herndon, također postoje dokazi koji ukazuju na to da se nuklearna fisija prirodno događa u plaštu i jezgri Zemlje, a ne samo u uređajima koje je stvorio čovjek, poput nuklearnih bombi ili reaktora elektrane.