Содержание
Атомы являются фундаментальными строительными блоками всей материи. Атомы состоят из плотного, положительно заряженного ядра, которое содержит протоны и нейтроны. Отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг ядра. Все атомы определенного элемента имеют одинаковое количество протонов, известное как атомный номер. Существует два основных процесса, с помощью которых атом может терять протоны. Поскольку элемент определяется количеством протонов в его атомах, когда атом теряет протоны, он становится другим элементом.
Радиоактивный распад
Fotolia.com "> ••• радиоактивное изображение от red2000 от Fotolia.comОдин из способов, которыми атом теряет протоны, - радиоактивный распад, который происходит, когда атом имеет нестабильное ядро. Стабильность ядра зависит от отношения протонов к нейтронам. Для более мелких элементов, таких как углерод и кислород, число протонов примерно равно числу нейтронов, и ядра стабильны. Для более тяжелых элементов, таких как уран и плутоний, нейтронов гораздо больше, чем протонов, и ядра этих элементов чрезвычайно нестабильны. Фактически все элементы, которые имеют более 83 протонов, являются нестабильными. Три типа радиоактивного распада известны как альфа, бета и гамма.
Альфа распад
Альфа-распад является единственным способом, которым атом самопроизвольно теряет протоны. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов. По сути, это ядро атома гелия. После того, как атом подвергается альфа-излучению, он имеет на два протона меньше и становится атомом другого элемента. Одним из таких процессов является случай, когда атом урана-238 выбрасывает альфа-частицу, и в результате получается атом тория-234. Альфа-распад будет продолжаться до тех пор, пока не получится атом со стабильным ядром. Альфа-частицы относительно велики и быстро поглощаются. Поэтому они не распространяются далеко по воздуху и не так опасны, как другие виды радиоактивного распада.
Ядерное деление
Другой процесс, посредством которого атом может потерять протоны, известен как ядерное деление. При ядерном делении устройство используется для ускорения нейтронов к ядру атома. При столкновении нейтронов с атомом ядро атома распадается на фрагменты. Каждый фрагмент составляет примерно половину массы исходного атома.
Однако при сложении сумма масс фрагментов не равна массе исходного атома. Это связано с тем, что несколько нейтронов обычно испускаются в виде фрагментов атомов, а часть массы преобразуется в энергию. На самом деле, небольшое количество вещества генерирует огромное количество энергии.
Приложения деления
Распространенным применением ядерного деления является генерация ядерной энергии. На атомной электростанции энергия от деления используется для нагрева воды, которая создает пар для вращения турбины и выработки электроэнергии. Приблизительно 20 процентов электроэнергии в Соединенных Штатах поступает от атомных электростанций.
Другое применение ядерного деления заключается в создании ядерного оружия. В ядерном оружии запускающее устройство используется для инициирования деления. Одна фрагментация ведет к другой, что приводит к цепной реакции, которая выделяет огромное количество разрушительной энергии.
Соображения
Единственные два способа, которыми атомы теряют протоны, - это радиоактивный распад и деление ядер. Оба процесса будут происходить только в атомах, которые имеют нестабильные ядра. Хорошо известно, что радиоактивно происходит естественным образом и спонтанно. По словам Дж. Марвина Херндона, есть также свидетельства того, что ядерное деление происходит естественным образом в мантии и ядре Земли, а не только в искусственных устройствах, таких как атомные бомбы или реакторы электростанций.