Περιεχόμενο
Τα άτομα είναι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία κάθε ύλης. Τα άτομα αποτελούνται από ένα πυκνό, θετικά φορτισμένο πυρήνα που περιέχει πρωτόνια και νετρόνια. Τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια στρέφονται γύρω από τον πυρήνα. Όλα τα άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου διαθέτουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων, γνωστά ως ατομικός αριθμός. Υπάρχουν δύο γενικές διεργασίες με τις οποίες ένα άτομο μπορεί να χάσει πρωτόνια. Δεδομένου ότι ένα στοιχείο ορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων στα άτομα του, όταν ένα άτομο χάνει πρωτόνια, γίνεται ένα διαφορετικό στοιχείο.
Ραδιενεργή αποσύνθεση
Fotolia.com "> ••• ραδιενεργή εικόνα από red2000 από Fotolia.comΈνας τρόπος που ένα άτομο χάνει πρωτόνια είναι μέσω της ραδιενεργού αποσύνθεσης, η οποία συμβαίνει όταν ένα άτομο έχει έναν ασταθή πυρήνα. Η σταθερότητα ενός πυρήνα εξαρτάται από την αναλογία των πρωτονίων προς τα νετρόνια. Για μικρότερα στοιχεία όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο, ο αριθμός των πρωτονίων είναι περίπου ίσος με τον αριθμό των νετρονίων και οι πυρήνες είναι σταθεροί. Για βαρύτερα στοιχεία όπως το ουράνιο και το πλουτώνιο, υπάρχουν πολλά περισσότερα νετρόνια από τα πρωτόνια και οι πυρήνες αυτών των στοιχείων είναι εξαιρετικά ασταθής. Στην πραγματικότητα, όλα τα στοιχεία που έχουν περισσότερα από 83 πρωτόνια είναι ασταθή. Οι τρεις τύποι ραδιενεργού αποσύνθεσης είναι γνωστοί ως άλφα, βήτα και γάμα.
Alpha Decay
Η διάσπαση του άλφα είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο ένα άτομο θα χάσει αυθόρμητα πρωτόνια. Ένα σωματίδιο άλφα αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Είναι ουσιαστικά ο πυρήνας ενός ατόμου ηλίου. Αφού ένα άτομο υποστεί εκπομπή άλφα, έχει δύο λιγότερα πρωτόνια και γίνεται άτομο διαφορετικού στοιχείου. Μία τέτοια διαδικασία είναι όταν ένα άτομο ουρανίου-238 εκτοξεύει ένα άλφα σωματίδιο και το προκύπτον άτομο είναι τότε Thorium-234. Η αλλοίωση θα συνεχιστεί μέχρι να προκύψει ένα άτομο με σταθερό πυρήνα. Τα σωματίδια άλφα είναι σχετικά μεγάλα και απορροφώνται γρήγορα. Συνεπώς, δεν ταξιδεύουν πολύ στον αέρα και δεν είναι τόσο επικίνδυνες όσο και οι άλλοι τύποι ραδιενεργών αποσύνθεσης.
Πυρηνική διάσπαση
Η άλλη διαδικασία με την οποία ένα άτομο μπορεί να χάσει πρωτόνια είναι γνωστή ως πυρηνική σχάση. Στην πυρηνική σχάση, χρησιμοποιείται μια συσκευή για την επιτάχυνση των νετρονίων προς τον πυρήνα ενός ατόμου. Η σύγκρουση των νετρονίων με το άτομο προκαλεί τη θραύση του πυρήνα του ατόμου σε θραύσματα. Κάθε θραύσμα είναι περίπου η μισή μάζα του αρχικού ατόμου.
Ωστόσο, όταν προστίθενται μαζί, το άθροισμα των μαζών θραυσμάτων δεν είναι ίσο με τη μάζα του αρχικού ατόμου. Αυτό συμβαίνει επειδή αρκετά νετρόνια εκπέμπονται συνήθως καθώς τα θραύσματα ατόμων και κάποια από τη μάζα μετατρέπονται σε ενέργεια. Στην πραγματικότητα, μια μικρή ποσότητα ύλης παράγει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας.
Εφαρμογές της σχάσης
Μια κοινή εφαρμογή για την πυρηνική σχάση είναι η παραγωγή πυρηνικής ενέργειας. Σε έναν πυρηνικό σταθμό, η ενέργεια από τη σχάση χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του νερού, το οποίο δημιουργεί ατμό για να μετατρέψει έναν στρόβιλο και να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Περίπου το 20% της ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες προέρχεται από πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Μια άλλη εφαρμογή της πυρηνικής σχάσης είναι η κατασκευή πυρηνικών όπλων. Σε ένα πυρηνικό όπλο, μια συσκευή ενεργοποίησης χρησιμοποιείται για την έναρξη της σχάσης. Ένας κατακερματισμός οδηγεί σε ένα άλλο, με αποτέλεσμα μια αλυσιδωτή αντίδραση που απελευθερώνει μια τεράστια ποσότητα καταστροφικής ενέργειας.
Σκέψεις
Οι μόνοι δύο τρόποι με τους οποίους τα άτομα χάνουν πρωτόνια είναι μέσω της ραδιενεργού αποσύνθεσης και της πυρηνικής σχάσης. Και οι δύο διαδικασίες θα προκύψουν μόνο σε άτομα με ασταθή πυρήνα. Είναι γνωστό ότι η ραδιενέργεια συμβαίνει φυσικά και αυθόρμητα. Σύμφωνα με τον J. Marvin Herndon, υπάρχουν επίσης στοιχεία που υποδηλώνουν ότι η πυρηνική σχάση λαμβάνει χώρα φυσικά στο μανδύα και τον πυρήνα της Γης, όχι μόνο σε τεχνητές συσκευές όπως πυρηνικές βόμβες ή αντιδραστήρες εργοστασίων.