Innehåll
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 kring kärnan. Alla atomer i ett visst element har samma antal protoner, känd som atomnumret. Det finns två allmänna processer genom vilka en atom kan förlora protoner. Eftersom ett element definieras av antalet protoner i sina atomer, när en atom förlorar protoner, blir det ett annat element.
Radioaktivt avfall
Fotolia.com "> ••• radioaktiv bild av red2000 från Fotolia.comEtt sätt en atom förlorar protoner är genom radioaktivt sönderfall, vilket inträffar när en atom har en instabil kärna. Kärnans stabilitet beror på förhållandet mellan protoner och neutroner. För mindre element som 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 fler 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 radioaktivt sönderfall kallas alfa, beta och gamma.
Alpha Decay
Alfaförfall är det enda sättet på vilket en atom spontant kommer att förlora protoner. En alfapartikel består av två protoner och två neutroner. Det är i huvudsak kärnan i en heliumatom. Efter att en atom genomgår en alfa-emission har den två färre protoner och blir en atom av ett annat element. En sådan process är när en Uranium-238-atom kastar ut en alfapartikel och den resulterande atomen är därefter Thorium-234. Alfa-förfall fortsätter att ske tills en atom med en stabil kärna resulterar. Alfapartiklar är relativt stora och absorberas snabbt. Därför reser de inte långt genom luften och är inte lika farliga som de andra typerna av radioaktivt förfall.
Kärnfission
Den andra processen genom vilken en atom kan förlora protoner kallas kärnklyvning. Vid kärnklyvning används en anordning för att påskynda neutroner mot en atomkärnan. Neutronernas kollision med atomen får atomens kärna att delas upp i fragment. Varje fragment är ungefär hälften av massan för den ursprungliga atomen.
När de läggs samman är summan av fragmentmassorna dock inte lika med massan för den ursprungliga atomen. Detta beror på att flera neutroner vanligtvis släpps ut som atomfragmenten och en del av massan omvandlas till energi. I själva verket genererar en liten mängd materia en enorm mängd energi.
Ansökningar om fission
En gemensam ansökan om kärnklyvning är att skapa kärnkraft. I ett kärnkraftverk används energi från klyvning för att värma vatten, vilket skapar ånga för att vrida en turbin och generera elektricitet. Cirka 20 procent av elen 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 sätt som atomer förlorar protoner är genom radioaktivt förfall och kärnklyvning. Båda processerna kommer endast att förekomma i atomer som har instabila kärnor. Det är välkänt att radioaktivt förekommer naturligt och spontant. Enligt J. Marvin Herndon finns det också bevis som antyder att kärnklyvning förekommer naturligt i jordens mantel och kärna, inte bara i mänskliga apparater som kärnbomber eller kraftverkreaktorer.