איך אטום מאבד פרוטונים

אטומים הם אבני הבניין הבסיסיות של כל החומר. אטומים מורכבים מגרעין צפוף וטעון חיובי המכיל פרוטונים ונויטרונים. אלקטרונים טעונים שלילית מקיפים את הגרעין. לכל האטומים של יסוד מסוים יש מספר זהה של פרוטונים, המכונה המספר האטומי. ישנם שני תהליכים כלליים שבהם אטום יכול לאבד פרוטונים. מכיוון שאלמנט מוגדר על ידי מספר הפרוטונים באטומים שלו, כאשר אטום מאבד פרוטונים, הוא הופך לאלמנט אחר.

אחת הדרכים שבהן אטום מאבד פרוטונים היא באמצעות ריקבון רדיואקטיבי, המתרחש כאשר לאטום יש גרעין לא יציב. יציבותו של גרעין תלויה ביחס בין פרוטונים לנייטרונים. עבור יסודות קטנים יותר כמו פחמן וחמצן, מספר הפרוטונים שווה בערך למספר הנייטרונים, והגרעינים יציבים. עבור יסודות כבדים יותר כגון אורניום ופלוטוניום, ישנם הרבה יותר נויטרונים מאשר פרוטונים, והגרעינים של אותם יסודות אינם יציבים ביותר. למעשה, כל האלמנטים שיש בהם יותר מ -83 פרוטונים אינם יציבים. שלושת הסוגים של ריקבון רדיואקטיבי מכונים אלפא, בטא וגמא.

ריקבון אלפא הוא הדרך היחידה בה אטום יאבד באופן ספונטני פרוטונים. חלקיק אלפא מורכב משני פרוטונים ושני נויטרונים. זהו למעשה הגרעין של אטום הליום. לאחר שאטום עובר פליטת אלפא, יש לו שני פרוטונים פחות והופך לאטום של יסוד אחר. תהליך כזה הוא כאשר אטום אורניום -238 פולט חלקיק אלפא והאטום שנוצר הוא אז תוריום -234. ריקבון אלפא ימשיך להתרחש עד לתוצאה של אטום עם גרעין יציב. חלקיקי אלפא גדולים יחסית ונספגים במהירות. לכן הם לא עוברים רחוק באוויר ואינם מסוכנים כמו סוגים אחרים של ריקבון רדיואקטיבי.

התהליך האחר בו אטום יכול לאבד פרוטונים מכונה ביקוע גרעיני. בביקוע גרעיני משתמשים במכשיר להאצת נויטרונים לעבר גרעין האטום. התנגשות הנויטרונים עם האטום גורמת לגרעין האטום להתפרק לשברים. כל שבר הוא בערך חצי ממסת האטום המקורי.

אולם כאשר מוסיפים אותם יחד, סכום המסה של השבר אינו שווה למסת האטום המקורי. הסיבה לכך היא שכמה נייטרונים נפלטים בדרך כלל כשברי האטום וחלק מהמסה מומרת לאנרגיה. למעשה, כמות קטנה של חומר מייצרת כמות אדירה של אנרגיה.

יישום נפוץ לביקוע גרעיני הוא בייצור כוח גרעיני. בתחנת כוח גרעינית משתמשים באנרגיה מביקוע לחימום מים, שיוצרים קיטור להפעלת טורבינה ולהפקת חשמל. כ -20 אחוזים מהחשמל בארצות הברית מקורם בתחנות כוח גרעיניות.

יישום נוסף של ביקוע גרעיני הוא בייצור נשק גרעיני. בכלי נשק גרעיני משתמשים במכשיר הפעלה ליזום ביקוע. פיצול אחד מוביל לאחר, וכתוצאה מכך תגובת שרשרת שמשחררת כמות עצומה של אנרגיה הרסנית.

שתי הדרכים היחידות בהן אטומים מאבדים פרוטונים היא באמצעות ריקבון רדיואקטיבי וביקוע גרעיני. שני התהליכים יתרחשו רק באטומים שיש בהם גרעינים לא יציבים. זה ידוע היטב כי רדיואקטיבית מתרחשת באופן טבעי וספונטני. לדברי י. מרווין הרנדון, ישנן עדויות המציעות כי ביקוע גרעיני מתרחש באופן טבעי במעטפת כדור הארץ ובליבתו, לא רק במכשירים מעשה ידי אדם כמו פצצות גרעיניות או כורים לתחנות כוח.