Atomai yra pagrindiniai visos materijos elementai. Atomai susideda iš tankio, teigiamai įkrauto branduolio, kuriame yra protonai ir neutronai. Neigiamai įkrauti elektronai skrieja aplink branduolį. Visi konkretaus elemento atomai turi tą patį protonų skaičių, vadinamą atominiu skaičiumi. Yra du bendri procesai, kurių metu atomas gali prarasti protonus. Kadangi elementą apibrėžia protonų skaičius jo atomuose, kai atomas praranda protonus, jis tampa kitu elementu.
Radioaktyvusis skilimas
Vienas iš būdų, kaip atomas praranda protonus, yra radioaktyvus skilimas, kuris įvyksta, kai atomas turi nestabilų branduolį. Branduolio stabilumas priklauso nuo protonų ir neutronų santykio. Mažesnių elementų, tokių kaip anglis ir deguonis, protonų skaičius yra maždaug lygus neutronų skaičiui, o branduoliai yra stabilūs. Dėl sunkesnių elementų, tokių kaip uranas ir plutonis, neutronų yra daug daugiau nei protonų, o tų elementų branduoliai yra ypač nestabilūs. Tiesą sakant, visi elementai, turintys daugiau nei 83 protonus, yra nestabilūs. Trys radioaktyvaus skilimo tipai yra žinomi kaip alfa, beta ir gama.
Alfa irimas
Alfa skilimas yra vienintelis būdas, kuriuo atomas savaime praranda protonus. Alfa dalelė susideda iš dviejų protonų ir dviejų neutronų. Iš esmės tai yra helio atomo branduolys. Atomas patiria alfa emisiją, jis turi mažiau dviejų protonų ir tampa kito elemento atomu. Vienas iš tokių procesų yra tada, kai urano-238 atomas išstumia alfa dalelę, o gautas atomas yra toris-234. Alfa skilimas tęsis tol, kol atsiras stabilų branduolį turintis atomas. Alfa dalelės yra palyginti didelės ir greitai absorbuojamos. Todėl jie nevažiuoja toli oru ir nėra tokie pavojingi, kaip kitų rūšių radioaktyvus skilimas.
Branduolio dalijimasis
Kitas procesas, kurio metu atomas gali prarasti protonus, vadinamas branduolio dalijimusi. Branduolio dalijimosi metu neutronams pagreitinti link atomo branduolio naudojamas prietaisas. Neutronų susidūrimas su atomu sukelia atomo branduolio skaidymąsi į fragmentus. Kiekvienas fragmentas yra maždaug pusė pradinio atomo masės.
Tačiau sudėjus fragmento masių suma nėra lygi pirminio atomo masei. Taip yra todėl, kad atomo fragmentais paprastai išsiskiria keli neutronai, o dalis masės virsta energija. Tiesą sakant, nedidelis materijos kiekis sukuria nepaprastai daug energijos.
Skilimo programos
Bendra branduolio dalijimosi programa taikoma gaminant branduolinę energiją. Atominėje elektrinėje skilimo energija naudojama vandeniui pašildyti, kuris sukuria garą turbinai pasukti ir elektrai gaminti. Maždaug 20 procentų elektros energijos Jungtinėse Valstijose gauna atominės elektrinės.
Kitas branduolio dalijimasis yra gaminant branduolinius ginklus. Branduoliniame ginkle dalijimui inicijuoti naudojamas paleidimo įtaisas. Vienas fragmentas veda prie kito, dėl kurio atsiranda grandininė reakcija, išskirianti milžinišką kiekį destruktyvios energijos.
Svarstymai
Vieninteliai du atomų protonų praradimo būdai yra radioaktyvus skilimas ir branduolio dalijimasis. Abu procesai vyks tik tuose, kurių branduoliai yra nestabilūs. Gerai žinoma, kad radioaktyviai vyksta natūraliai ir savaime. Pasak Dž. Marvin Herndon, taip pat yra duomenų, leidžiančių manyti, kad branduolio dalijimasis natūraliai vyksta Žemės mantijoje ir šerdyje, ne tik žmogaus sukurtuose įtaisuose, pavyzdžiui, branduolinėse bombose ar elektrinių reaktoriuose.