Ako atóm stráca protóny

Atómy sú základnými stavebnými kameňmi všetkej hmoty. Atómy pozostávajú z hustého, kladne nabitého jadra, ktoré obsahuje protóny a neutróny. Negatívne nabité elektróny obiehajú okolo jadra. Všetky atómy konkrétneho prvku majú rovnaký počet protónov, známy ako atómové číslo. Existujú dva všeobecné procesy, pomocou ktorých môže atóm stratiť protóny. Pretože je prvok definovaný počtom protónov v jeho atómoch, keď atóm stratí protóny, stane sa z neho iný prvok.

Jedným zo spôsobov, ako atóm stráca protóny, je rádioaktívny rozpad, ku ktorému dochádza, keď má atóm nestabilné jadro. Stabilita jadra závisí od pomeru protónov k neutrónom. Pre menšie prvky, ako je uhlík a kyslík, je počet protónov zhruba rovnaký ako počet neutrónov a jadrá sú stabilné. Pre ťažšie prvky, ako je urán a plutónium, existuje oveľa viac neutrónov ako protónov a jadrá týchto prvkov sú mimoriadne nestabilné. V skutočnosti sú všetky prvky, ktoré majú viac ako 83 protónov, nestabilné. Tri typy rádioaktívneho rozpadu sú známe ako alfa, beta a gama.

Alfa rozpad je jediný spôsob, ktorým atóm spontánne stratí protóny. Alfa častica sa skladá z dvoch protónov a dvoch neutrónov. Je to v podstate jadro atómu hélia. Potom, čo atóm podstúpi emisiu alfa, má o dva protóny menej a stane sa atómom iného prvku. Jedným z takýchto procesov je, keď atóm uránu-238 vyhodí alfa časticu a výsledným atómom je potom tórium-234. Alfa rozpad sa bude naďalej vyskytovať, kým nevznikne atóm so stabilným jadrom. Alfa častice sú pomerne veľké a rýchlo sa vstrebávajú. Preto necestujú ďaleko vzduchom a nie sú také nebezpečné ako iné druhy rádioaktívneho rozpadu.

Druhý proces, pri ktorom môže atóm stratiť protóny, je známy ako jadrové štiepenie. Pri štiepení jadier sa používa zariadenie na urýchlenie neutrónov smerom k jadru atómu. Zrážka neutrónov s atómom spôsobí, že sa jadro atómu rozpadne na fragmenty. Každý fragment je zhruba polovičný oproti pôvodnému atómu.

Po spočítaní sa však súčet hmotností fragmentov nerovná hmotnosti pôvodného atómu. Je to preto, že niekoľko neutrónov je zvyčajne emitovaných ako fragmenty atómov a časť hmoty sa premieňa na energiu. V skutočnosti malé množstvo hmoty generuje obrovské množstvo energie.

Bežné použitie štiepenia jadra je vo výrobe jadrovej energie. V jadrovej elektrárni sa energia štiepenia využíva na ohrev vody, ktorá vytvára paru na premenu turbíny na výrobu elektriny. Približne 20 percent elektrickej energie v USA pochádza z jadrových elektrární.

Ďalšou aplikáciou jadrového štiepenia je výroba jadrových zbraní. V jadrovej zbrani sa na spustenie štiepenia používa spúšťacie zariadenie. Jedna fragmentácia vedie k druhej, ktorej výsledkom je reťazová reakcia, pri ktorej sa uvoľní obrovské množstvo deštruktívnej energie.

Jediné dva spôsoby, ako atómy strácajú protóny, sú rádioaktívny rozpad a jadrové štiepenie. Oba procesy sa vyskytujú iba v atómoch, ktoré majú nestabilné jadrá. Je dobre známe, že rádioaktívne látky sa vyskytujú prirodzene a spontánne. Podľa J. Marvin Herndon, existujú tiež dôkazy, ktoré naznačujú, že jadrové štiepenie sa prirodzene vyskytuje v zemskom plášti a jadre, nielen v zariadeniach vyrobených človekom, ako sú jadrové bomby alebo reaktory elektrární.