Atomer är de grundläggande byggstenarna i all materia. Atomer består av en tät, positivt laddad kärna som innehåller protoner och neutroner. Negativt laddade elektroner kretsar kärnan. Alla atomer av ett visst element har samma antal protoner, kända som atomnummer. Det finns två allmänna processer genom vilka en atom kan förlora protoner. Eftersom ett element definieras av antalet protoner i dess atomer, när en atom förlorar protoner blir det ett annat element.

Radioaktivt sönderfall

En väg som en atom förlorar protoner är genom radioaktivt sönderfall , som uppstår när en atom har en instabil kärna. Stabiliteten hos en kärna beror på förhållandet mellan protoner och neutroner. För mindre element såsom kol och syre är antalet protoner ungefär lika med antalet neutroner, och kärnorna är stabila. För tyngre element som uran och plutonium finns det många mer neutroner än protoner, och kärnorna i dessa element är extremt instabila. Faktum är att alla element som har mer än 83 protoner är instabila. De tre typerna av radioaktiva sönderfall är kända som alfa, beta och gamma.

Alpha Decay

Alfa sönderfall är det enda sättet att en atom kommer spontant att förlora protoner. En alfagrupp består av två protoner och två neutroner. Det är i huvudsak kärnan i en heliumatom. Efter att en atom har genomgått en alfa-emission, har den två färre protoner och blir en atom av ett annat element. En sådan process är när en uran-238-atom matar ut en alfapartikel och den resulterande atomen är då Thorium-234. Alfa sönderfall kommer att fortsätta att inträffa tills en atom med en stabil kärna resulterar. Alfa partiklar är relativt stora och absorberas snabbt. Därför reser de inte långt genom luften och är inte lika farliga som de andra typerna av radioaktiva förfall.

Kärnklyvning

Den andra processen genom vilken en atom kan förlora protoner är känd som kärnvapen fission. Vid kärnklyvning används en anordning för att accelerera neutroner mot en atoms kärna. Kollisionen av neutronerna med atomen förorsakar att atomens kärna bryts ihop i fragment. Varje fragment är ungefär hälften av den ursprungliga atomens massa.

När summan av fragmentmassorna sammanfogas är emellertid inte lika med massan av den ursprungliga atomen. Detta beror på att flera neutroner vanligen emitteras som atomfragmenten och en del av massan omvandlas till energi. Faktum är att en liten mängd materia genererar en enorm mängd energi.

Ansökningar om fission

En gemensam ansökan om kärnklyvning är i kärnkraftproduktionen. I en kärnkraftverk används energi från fission för att värma vatten, vilket skapar ånga för att driva en turbin och generera el. Cirka 20 procent av el i USA kommer från kärnkraftverk.

En annan tillämpning av kärnklyvning är att göra kärnvapen. I ett kärnvapen används en utlösningsanordning för att initiera fission. En fragmentering leder till en annan, vilket resulterar i en kedjereaktion som frigör en enorm mängd destruktiv energi.

Överväganden

De enda två sätten på vilka atomer förlorar protoner är genom radioaktivt förfall och kärnfission. Båda processerna kommer endast att inträffa i atomer som har instabila kärnor. Det är välkänt att radioaktivt förekommer naturligt och spontant. Enligt J. Marvin Herndon finns det också bevis för att kärnfission sker naturligt i jordens mantel och kärna, inte bara i konstgjorda enheter som atomvapen eller kraftverkreaktorer.