Hvordan et atom mister protoner

Atomer er de grunnleggende byggesteinene i all materie. Atomer består av en tett, positivt ladet kjerne som inneholder protoner og nøytroner. Negativt ladede elektroner kretser rundt kjernen. Alle atomer av et bestemt element har samme antall protoner, kjent som atomnummer. Det er to generelle prosesser der et atom kan miste protoner. Siden et element er definert av antall protoner i atomene, når et atom mister protoner, blir det et annet element.

En måte et atom mister protoner på er gjennom radioaktivt forfall, som oppstår når et atom har en ustabil kjerne. Stabiliteten til en kjerne avhenger av forholdet mellom protoner og nøytroner. For mindre grunnstoffer som karbon og oksygen er antall protoner omtrent lik antall nøytroner, og kjernene er stabile. For tyngre grunnstoffer som uran og plutonium er det mange flere nøytroner enn protoner, og kjernen til disse elementene er ekstremt ustabil. Faktisk er alle elementer som har mer enn 83 protoner ustabile. De tre typene av radioaktivt forfall er kjent som alfa, beta og gamma.

Alfa-forfall er den eneste måten et atom spontant vil miste protoner på. En alfapartikkel består av to protoner og to nøytroner. Det er egentlig kjernen til et heliumatom. Etter at et atom gjennomgår en alfa-utslipp, har det to færre protoner og blir et atom med et annet element. En slik prosess er når et uran-238-atom utløser en alfapartikkel, og det resulterende atomet er deretter Thorium-234. Alfa-forfall vil fortsette å oppstå til et atom med en stabil kjerne resulterer. Alfapartikler er relativt store og absorberes raskt. Derfor reiser de ikke langt gjennom luften og er ikke like farlige som andre typer radioaktivt forfall.

Den andre prosessen der et atom kan miste protoner er kjent som kjernefisjon. Ved kjernefisjonering brukes en enhet til å akselerere nøytroner mot kjernen i et atom. Kollisjonen av nøytronene med atomet fører til at atomkjernen brytes fra hverandre i fragmenter. Hvert fragment er omtrent halvparten av massen til det opprinnelige atomet.

Når det legges sammen, er imidlertid summen av fragmentmassene ikke lik massen til det opprinnelige atomet. Dette er fordi flere nøytroner vanligvis sendes ut som atomfragmentene, og noe av massen blir omgjort til energi. Faktisk genererer en liten mengde materie en enorm mengde energi.

En vanlig applikasjon for kjernefysisk fisjon er generering av kjernekraft. I et kjernekraftverk brukes energi fra fisjon til å varme opp vann, noe som skaper damp for å snu en turbin og generere elektrisitet. Omtrent 20 prosent av strømmen i USA kommer fra kjernekraftverk.

En annen anvendelse av kjernefisjon er å lage atomvåpen. I et atomvåpen brukes en utløsende enhet for å starte fisjon. En fragmentering fører til en annen, noe som resulterer i en kjedereaksjon som frigjør en enorm mengde destruktiv energi.

De eneste to måtene som atomer mister protoner er gjennom radioaktivt forfall og kjernefysisk fisjon. Begge prosessene vil bare forekomme i atomer som har ustabile kjerner. Det er velkjent at radioaktivt forekommer naturlig og spontant. I følge J. Marvin Herndon, det er også bevis som tyder på at kjernefysisk fisjon forekommer naturlig i jordens mantel og kjerne, ikke bare i menneskeskapte enheter som kjernefysiske bomber eller kraftverkreaktorer.