Як атом втрачає протони

Атоми є фундаментальними будівельними елементами всієї матерії. Атоми складаються з щільного, позитивно зарядженого ядра, що містить протони та нейтрони. Негативно заряджені електрони обертаються навколо ядра. Усі атоми певного елемента мають однакову кількість протонів, відомих як атомний номер. Існує два загальних процеси, за допомогою яких атом може втратити протони. Оскільки елемент визначається кількістю протонів у своїх атомах, коли атом втрачає протони, він стає іншим елементом.

Одним із способів втрати атомами протонів є радіоактивний розпад, який відбувається, коли атом має нестійке ядро. Стійкість ядра залежить від співвідношення протонів до нейтронів. Для менших елементів, таких як вуглець та кисень, кількість протонів приблизно дорівнює кількості нейтронів, а ядра стабільні. Для важчих елементів, таких як уран і плутоній, нейтронів набагато більше, ніж протонів, і ядра цих елементів вкрай нестійкі. Насправді всі елементи, що мають понад 83 протони, нестійкі. Три типи радіоактивного розпаду відомі як альфа, бета та гамма.

Альфа-розпад - єдиний спосіб, при якому атом спонтанно втратить протони. Альфа-частинка складається з двох протонів і двох нейтронів. По суті, це ядро ​​атома гелію. Після того, як атом зазнає альфа-випромінювання, він має на два протони менше і стає атомом іншого елемента. Один із таких процесів - коли атом Урану-238 викидає альфа-частинку, а отриманим атомом тоді є Торій-234. Альфа-розпад буде продовжуватися, поки не з’явиться атом зі стабільним ядром. Альфа-частинки порівняно великі і швидко поглинаються. Тому вони не їдуть далеко в повітрі і не є настільки небезпечними, як інші типи радіоактивного розпаду.

Інший процес, при якому атом може втратити протони, відомий як поділ ядра. При діленні ядра використовується пристрій для прискорення нейтронів до ядра атома. Зіткнення нейтронів з атомом призводить до розпаду ядра атома на фрагменти. Кожен фрагмент становить приблизно половину маси вихідного атома.

Однак, якщо складати їх разом, сума мас фрагментів не дорівнює масі вихідного атома. Це пояснюється тим, що, як фрагменти атома, зазвичай випромінюється кілька нейтронів, і частина маси перетворюється в енергію. Насправді невелика кількість речовини генерує величезну кількість енергії.

Загальне застосування для поділу ядерної енергії полягає у виробництві ядерної енергії. На атомній електростанції енергія, що ділиться, використовується для нагрівання води, яка створює пару для обертання турбіни та отримання електроенергії. Приблизно 20 відсотків електроенергії в США надходить від атомних електростанцій.

Ще одне застосування ядерного розподілу - виготовлення ядерної зброї. В ядерній зброї спрацьовуючий пристрій використовується для ініціювання поділу. Одна фрагментація призводить до іншої, що призводить до ланцюгової реакції, що виділяє величезну кількість руйнівної енергії.

Єдині два шляхи втрати протонами атомів - це радіоактивний розпад та ділення ядер. Обидва процеси відбуватимуться лише в атомах, що мають нестійкі ядра. Загальновідомо, що радіоактивно відбувається природним та стихійним шляхом. На думку Дж. Марвін Херндон, є також дані, які свідчать про те, що ділення ядер відбувається природним чином в мантії та ядрі Землі, а не лише в штучних пристроях, таких як ядерні бомби чи реактори електростанцій.