Kā atoms zaudē protonus

Atomi ir visu matēriju pamatelementi. Atomi sastāv no blīva, pozitīvi uzlādēta kodola, kas satur protonus un neitronus. Negatīvi lādēti elektroni riņķo ap kodolu. Visiem noteikta elementa atomiem ir vienāds protonu skaits, kas pazīstams kā atomu skaitlis. Ir divi vispārīgi procesi, kuru laikā atoms var zaudēt protonus. Tā kā elementu nosaka protonu skaits tā atomos, kad atoms zaudē protonus, tas kļūst par citu elementu.

Viens no veidiem, kā atoms zaudē protonus, ir radioaktīvā sabrukšana, kas notiek, kad atomam ir nestabils kodols. Kodola stabilitāte ir atkarīga no protonu un neitronu attiecības. Mazākiem elementiem, piemēram, ogleklim un skābeklim, protonu skaits ir aptuveni vienāds ar neitronu skaitu, un kodoli ir stabili. Smagākiem elementiem, piemēram, urānam un plutonijam, neitronu ir daudz vairāk nekā protonu, un šo elementu kodoli ir ārkārtīgi nestabili. Faktiski visi elementi, kuros ir vairāk nekā 83 protoni, ir nestabili. Trīs radioaktīvās sabrukšanas veidi ir pazīstami kā alfa, beta un gamma.

Alfa sabrukšana ir vienīgais veids, kā atoms spontāni zaudē protonus. Alfa daļiņu veido divi protoni un divi neitroni. Būtībā tas ir hēlija atoma kodols. Pēc tam, kad atoms iziet alfa emisiju, tam ir par diviem mazāk protonu un tas kļūst par cita elementa atomu. Viens šāds process ir tad, kad Urāna-238 atoms izstumj alfa daļiņu, un iegūtais atoms ir torijs-234. Alfa sabrukšana turpināsies, līdz radīsies atoms ar stabilu kodolu. Alfa daļiņas ir salīdzinoši lielas un ātri uzsūcas. Tāpēc viņi nedodas tālu pa gaisu un nav tik bīstami kā citi radioaktīvās sabrukšanas veidi.

Otrs process, kurā atoms var zaudēt protonus, ir pazīstams kā kodola skaldīšana. Kodola skaldīšanā ierīci izmanto, lai paātrinātu neitronus pret atoma kodolu. Neitronu sadursme ar atomu izraisa atoma kodola sadalīšanos fragmentos. Katrs fragments ir aptuveni puse no sākotnējā atoma masas.

Tomēr, saskaitot kopā, fragmentu masu summa nav vienāda ar sākotnējā atoma masu. Tas ir tāpēc, ka kā atoma fragmenti parasti tiek izstaroti vairāki neitroni, un daļa masas tiek pārveidota par enerģiju. Patiesībā neliels vielas daudzums rada milzīgu enerģijas daudzumu.

Kopīgs kodolsintēzes pielietojums ir kodolenerģijas ražošana. Atomelektrostacijā sadalīšanās enerģija tiek izmantota ūdens sildīšanai, kas rada tvaiku, lai pagrieztu turbīnu un ražotu elektrību. Aptuveni 20 procenti elektroenerģijas Amerikas Savienotajās Valstīs nāk no atomelektrostacijām.

Vēl viens kodola dalīšanās pielietojums ir kodolieroču izgatavošana. Kodolierocī skaldīšanas sākšanai izmanto palaišanas ierīci. Viena sadrumstalotība noved pie citas, kā rezultātā rodas ķēdes reakcija, kas atbrīvo milzīgu daudzumu destruktīvas enerģijas.

Vienīgie divi veidi, kā atomi zaudē protonus, ir radioaktīvā sabrukšana un kodola skaldīšana. Abi procesi notiks tikai tajos atomos, kuriem ir nestabili kodoli. Ir labi zināms, ka radioaktīvi notiek dabiski un spontāni. Pēc Dž. Marvins Herndons, ir arī pierādījumi, kas liecina, ka kodola skaldīšana dabiski notiek Zemes apvalkā un kodolā, ne tikai cilvēka radītās ierīcēs, piemēram, kodolbumbās vai elektrostaciju reaktoros.