Jak atom traci protony

Zawartość

• Rozpad radioaktywny
• Rozpad alfa
• Rozszczepienia jądrowego
• Zastosowania rozszczepienia
• Uwagi

Atomy są podstawowymi elementami składowymi całej materii. Atomy składają się z gęstego, dodatnio naładowanego jądra, które zawiera protony i neutrony. Ujemnie naładowane elektrony krążą wokół jądra. Wszystkie atomy określonego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów, znaną jako liczba atomowa. Istnieją dwa ogólne procesy, za pomocą których atom może stracić protony. Ponieważ element jest określony liczbą protonów w jego atomach, kiedy atom traci protony, staje się innym elementem.

Rozpad radioaktywny

Fotolia.com "> ••• obraz radioaktywny red2000 z Fotolia.com

Jednym ze sposobów, w jaki atom traci protony, jest rozpad radioaktywny, który występuje, gdy atom ma niestabilne jądro. Stabilność jądra zależy od stosunku protonów do neutronów. W przypadku mniejszych pierwiastków, takich jak węgiel i tlen, liczba protonów jest w przybliżeniu równa liczbie neutronów, a jądra są stabilne. W przypadku cięższych pierwiastków, takich jak uran i pluton, jest o wiele więcej neutronów niż protonów, a jądra tych pierwiastków są wyjątkowo niestabilne. W rzeczywistości wszystkie elementy, które mają więcej niż 83 protony, są niestabilne. Trzy rodzaje rozpadu radioaktywnego są znane jako alfa, beta i gamma.

Rozpad alfa

Rozpad alfa jest jedynym sposobem, w jaki atom spontanicznie traci protony. Cząstka alfa składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Zasadniczo jest to jądro atomu helu. Po tym, jak atom ulega emisji alfa, ma dwa mniej protonów i staje się atomem innego pierwiastka. Jednym z takich procesów jest przypadek, gdy atom uranu-238 wyrzuca cząstkę alfa, a powstały atom to tor-234. Rozpad alfa będzie występował do momentu pojawienia się atomu o stabilnym jądrze. Cząstki alfa są stosunkowo duże i szybko się wchłaniają. Dlatego nie podróżują daleko w powietrzu i nie są tak niebezpieczne, jak inne rodzaje rozpadu radioaktywnego.

Rozszczepienia jądrowego

Drugi proces, w którym atom może stracić protony, znany jest jako rozszczepienie jądra atomowego. W rozszczepieniu jądrowym stosuje się urządzenie do przyspieszenia neutronów w kierunku jądra atomu. Zderzenie neutronów z atomem powoduje rozpad jądra atomowego na fragmenty. Każdy fragment stanowi mniej więcej połowę masy oryginalnego atomu.

Po zsumowaniu suma mas fragmentów nie jest równa masie pierwotnego atomu. Wynika to z faktu, że kilka neutronów jest zwykle emitowanych w postaci fragmentów atomów, a część masy jest przekształcana w energię. W rzeczywistości niewielka ilość materii generuje ogromną ilość energii.

Zastosowania rozszczepienia

Powszechnym zastosowaniem rozszczepienia jądrowego jest wytwarzanie energii jądrowej. W elektrowni jądrowej energia z rozszczepienia jest wykorzystywana do podgrzewania wody, która wytwarza parę wodną do obracania turbiny i wytwarzania energii elektrycznej. Około 20 procent energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych pochodzi z elektrowni jądrowych.

Innym zastosowaniem rozszczepienia jądrowego jest wytwarzanie broni jądrowej. W broni nuklearnej urządzenie inicjujące służy do inicjacji rozszczepienia. Jedna fragmentacja prowadzi do drugiej, powodując reakcję łańcuchową, która uwalnia ogromną ilość niszczycielskiej energii.

Uwagi

Jedynymi dwoma sposobami utraty atomów przez protony jest rozpad radioaktywny i rozszczepienie jądra atomowego. Oba procesy zachodzą tylko w atomach, które mają niestabilne jądra. Dobrze wiadomo, że radioaktywnie występuje naturalnie i spontanicznie. Według J. Marvina Herndona istnieją również dowody sugerujące, że rozszczepienie jądrowe zachodzi naturalnie w płaszczu i jądrze Ziemi, a nie tylko w urządzeniach wytworzonych przez człowieka, takich jak bomby nuklearne lub reaktory elektrowni.