Atomii sunt elementele fundamentale ale întregii materii. Atomii constau dintr-un nucleu dens, încărcat pozitiv, care conține protoni și neutroni. Electronii încărcați negativ orbitează nucleul. Toți atomii unui anumit element posedă același număr de protoni, cunoscut sub numele de număr atomic. Există două procese generale prin care un atom poate pierde protoni. Deoarece un element este definit de numărul de protoni din atomii săi, atunci când un atom pierde protoni, acesta devine un element diferit.
Dezintegrare radioactivă
O modalitate prin care un atom pierde protoni este prin dezintegrarea radioactivă, care apare atunci când un atom are un nucleu instabil. Stabilitatea unui nucleu depinde de raportul dintre protoni și neutroni. Pentru elementele mai mici, cum ar fi carbonul și oxigenul, numărul de protoni este aproximativ egal cu numărul de neutroni, iar nucleele sunt stabile. Pentru elementele mai grele, cum ar fi uraniul și plutoniul, există mult mai mulți neutroni decât protoni, iar nucleele acestor elemente sunt extrem de instabile. De fapt, toate elementele care au mai mult de 83 de protoni sunt instabile. Cele trei tipuri de dezintegrare radioactivă sunt cunoscute sub denumirea de alfa, beta și gamma.
Alpha Decay
Dezintegrarea alfa este singura modalitate prin care un atom va pierde spontan protoni. O particulă alfa este formată din doi protoni și doi neutroni. Este în esență nucleul unui atom de heliu. După ce un atom suferă o emisie alfa, are doi protoni mai puțini și devine un atom cu un element diferit. Un astfel de proces este atunci când un atom de uraniu-238 scoate o particulă alfa și atomul rezultat este apoi toriu-234. Dezintegrarea alfa va continua să apară până când va rezulta un atom cu un nucleu stabil. Particulele alfa sunt relativ mari și sunt absorbite rapid. Prin urmare, ele nu călătoresc departe prin aer și nu sunt la fel de periculoase ca și celelalte tipuri de dezintegrare radioactivă.
Fisiune nucleara
Celălalt proces prin care un atom poate pierde protoni este cunoscut sub numele de fisiune nucleară. În fisiunea nucleară, un dispozitiv este utilizat pentru a accelera neutronii către nucleul unui atom. Coliziunea neutronilor cu atomul face ca nucleul atomului să se rupă în fragmente. Fiecare fragment este aproximativ jumătate din masa atomului original.
Atunci când se adaugă împreună, suma masei fragmentelor nu este egală cu masa atomului original. Acest lucru se datorează faptului că mai mulți neutroni sunt emiși de obicei ca fragmente de atomi și o parte din masă este convertită în energie. De fapt, o cantitate mică de materie generează o cantitate extraordinară de energie.
Aplicațiile fisiunii
O aplicație obișnuită pentru fisiunea nucleară este generarea de energie nucleară. Într-o centrală nucleară, energia din fisiune este utilizată pentru încălzirea apei, care creează abur pentru a transforma o turbină și a genera electricitate. Aproximativ 20 la sută din electricitatea din Statele Unite provine de la centrale nucleare.
O altă aplicație a fisiunii nucleare constă în fabricarea armelor nucleare. Într-o armă nucleară, un dispozitiv de declanșare este utilizat pentru a iniția fisiunea. O fragmentare duce la alta, rezultând o reacție în lanț care eliberează o cantitate enormă de energie distructivă.
Considerații
Singurele două moduri prin care atomii pierd protoni este prin dezintegrarea radioactivă și fisiunea nucleară. Ambele procese vor avea loc numai în atomi care au nuclei instabili. Este bine cunoscut faptul că radioactiv apare în mod natural și spontan. Potrivit lui J. Marvin Herndon, există, de asemenea, dovezi care sugerează că fisiunea nucleară are loc în mod natural în mantaua și nucleul Pământului, nu doar în dispozitivele artificiale, cum ar fi bombele nucleare sau reactoarele centralei electrice.