Kako atom izgubi protone

Atomi so temeljni gradniki vse snovi. Atomi so sestavljeni iz gostega, pozitivno nabitega jedra, ki vsebuje protone in nevtrone. Negativno nabiti elektroni krožijo okoli jedra. Vsi atomi določenega elementa imajo enako število protonov, znano kot atomsko število. Obstajata dva splošna procesa, s katerimi lahko atom izgubi protone. Ker je element opredeljen s številom protonov v svojih atomih, ko atom izgubi protone, postane drug element.

Eden od načinov, kako atom izgubi protone, je radioaktivni razpad, ki se zgodi, kadar ima atom nestabilno jedro. Stabilnost jedra je odvisna od razmerja med protoni in nevtroni. Pri manjših elementih, kot sta ogljik in kisik, je število protonov približno enako številu nevtronov in jedra so stabilna. Za težje elemente, kot sta uran in plutonij, je veliko več nevtronov kot protonov in jedra teh elementov so izredno nestabilna. Pravzaprav so vsi elementi, ki imajo več kot 83 protonov, nestabilni. Tri vrste radioaktivnega razpada so znane kot alfa, beta in gama.

Alfa razpad je edini način, da bo atom spontano izgubil protone. Alfa delček je sestavljen iz dveh protonov in dveh nevtronov. V bistvu je jedro atoma helija. Potem ko je atom izpostavljen alfa emisiji, ima dva protona manj in postane atom drugega elementa. Eden takih postopkov je, ko atom Urana-238 izvrže alfa-delce in je nastali atom torij-234. Alfa razpad se bo nadaljeval, dokler ne bo prišel atom s stabilnim jedrom. Alfa delci so razmeroma veliki in se hitro absorbirajo. Zato ne potujejo daleč po zraku in niso tako nevarni kot druge vrste radioaktivnega razpada.

Drugi postopek, pri katerem lahko atom izgubi protone, je znan kot jedrska cepitev. Pri jedrski cepitvi se uporablja naprava za pospeševanje nevtronov proti jedru atoma. Zaradi trka nevtronov z atomom se jedro atoma razbije na drobce. Vsak fragment je približno polovica mase prvotnega atoma.

Če pa seštejemo, vsota mas drobcev ni enaka masi prvotnega atoma. To je zato, ker se ob odlomkih atomov običajno odda nekaj nevtronov, del mase pa se pretvori v energijo. Pravzaprav majhna količina snovi ustvari ogromno energije.

Pogosta uporaba jedrske cepitve je proizvodnja jedrske energije. V jedrski elektrarni se energija iz fisije uporablja za ogrevanje vode, ki ustvarja paro za obračanje turbine in proizvodnjo električne energije. Približno 20 odstotkov električne energije v ZDA prihaja iz jedrskih elektrarn.

Druga uporaba jedrske fisije je izdelava jedrskega orožja. V jedrskem orožju se za sprožitev cepitve uporablja sprožilna naprava. Ena razdrobljenost vodi do druge, kar povzroči verižno reakcijo, ki sprosti ogromno uničujoče energije.

Edina dva načina, na katerih atomi izgubijo protone, sta radioaktivni razpad in jedrska cepitev. Oba procesa se bosta zgodila samo v atomih, ki imajo nestabilna jedra. Dobro je znano, da se radioaktivno pojavlja naravno in spontano. Po J. Marvin Herndon, obstajajo tudi dokazi, da se jedrska cepitev naravno pojavlja v zemeljskem plašču in jedru, ne le v napravah, ki jih je ustvaril človek, kot so jedrske bombe ali reaktorji v elektrarnah.