Как атом теряет протоны

Атомы - это фундаментальные строительные блоки всей материи. Атомы состоят из плотного положительно заряженного ядра, содержащего протоны и нейтроны. Отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг ядра. Все атомы определенного элемента имеют одинаковое количество протонов, известное как атомный номер. Есть два основных процесса, посредством которых атом может терять протоны. Поскольку элемент определяется количеством протонов в его атомах, когда атом теряет протоны, он становится другим элементом.

Один из способов потери протонов атомом - это радиоактивный распад, который происходит, когда атом имеет нестабильное ядро. Стабильность ядра зависит от отношения протонов к нейтронам. Для более мелких элементов, таких как углерод и кислород, количество протонов примерно равно количеству нейтронов, а ядра стабильны. Для более тяжелых элементов, таких как уран и плутоний, нейтронов гораздо больше, чем протонов, и ядра этих элементов крайне нестабильны. Фактически, все элементы, которые имеют более 83 протонов, нестабильны. Три типа радиоактивного распада известны как альфа, бета и гамма.

Альфа-распад - единственный способ спонтанной потери протонов атомом. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов. По сути, это ядро ​​атома гелия. После того, как атом испускает альфа-излучение, у него на два протона меньше, и он становится атомом другого элемента. Один из таких процессов - когда атом урана-238 выбрасывает альфа-частицу, и в результате получается атом тория-234. Альфа-распад будет продолжаться до тех пор, пока не образуется атом со стабильным ядром. Альфа-частицы относительно большие и быстро абсорбируются. Поэтому они не летают далеко по воздуху и не так опасны, как другие типы радиоактивного распада.

Другой процесс, при котором атом может потерять протоны, известен как деление ядра. При делении ядер используется устройство для ускорения нейтронов к ядру атома. Столкновение нейтронов с атомом приводит к тому, что ядро ​​атома распадается на фрагменты. Каждый фрагмент составляет примерно половину массы исходного атома.

Однако при сложении сумма масс фрагментов не равна массе исходного атома. Это потому, что несколько нейтронов обычно испускаются в виде фрагментов атома, и некоторая часть массы преобразуется в энергию. Фактически, небольшое количество материи генерирует огромное количество энергии.

Распространенное применение ядерного деления - производство ядерной энергии. На атомной электростанции энергия деления используется для нагрева воды, в результате чего создается пар для вращения турбины и выработки электроэнергии. Примерно 20 процентов электроэнергии в Соединенных Штатах вырабатывается атомными электростанциями.

Еще одно применение ядерного деления - создание ядерного оружия. В ядерном оружии для инициирования деления используется спусковое устройство. Одна фрагментация приводит к другой, что приводит к цепной реакции, высвобождающей огромное количество разрушительной энергии.

Единственные два пути, которыми атомы теряют протоны, - это радиоактивный распад и деление ядер. Оба процесса будут происходить только в атомах с нестабильными ядрами. Хорошо известно, что радиоактивно возникает естественным образом и спонтанно. По мнению Дж. Марвин Херндон, есть также свидетельства того, что ядерное деление происходит естественным образом в мантии и ядре Земли, а не только в искусственных устройствах, таких как ядерные бомбы или реакторы электростанций.