Atomen zijn de fundamentele bouwstenen van alle materie. Atomen bestaan ​​uit een dichte, positief geladen kern die protonen en neutronen bevat. Negatief geladen elektronen draaien om de kern. Alle atomen van een bepaald element hebben hetzelfde aantal protonen, bekend als het atoomnummer. Er zijn twee algemene processen waardoor een atoom protonen kan verliezen. Aangezien een element wordt gedefinieerd door het aantal protonen in zijn atomen, verandert een atoom protonen, en wordt het een ander element.

Radioactief verval

Een manier waarop een atoom protonen verliest, is door radioactief verval , wat gebeurt wanneer een atoom een ​​onstabiele kern heeft. De stabiliteit van een kern hangt af van de verhouding tussen protonen en neutronen. Voor kleinere elementen zoals koolstof en zuurstof is het aantal protonen ruwweg gelijk aan het aantal neutronen en de kernen zijn stabiel. Voor zwaardere elementen zoals uranium en plutonium zijn er veel meer neutronen dan protonen en de kernen van die elementen zijn buitengewoon onstabiel. In feite zijn alle elementen met meer dan 83 protonen onstabiel. De drie soorten radioactief verval staan ​​bekend als alfa-, bèta- en gamma.

Alfa-verval

Alfa-verval is de enige manier waarop een atoom spontaan protonen verliest. Een alfadeeltje bestaat uit twee protonen en twee neutronen. Het is in wezen de kern van een heliumatoom. Nadat een atoom een ​​alfa-emissie ondergaat, heeft het twee minder protonen en wordt het een atoom van een ander element. Eén zo'n proces is wanneer een Uranium-238-atoom een ​​alfadeeltje uitwerpt en het resulterende atoom is dan Thorium-234. Alfa-verval zal blijven plaatsvinden totdat een atoom met een stabiele kern resulteert. Alfadeeltjes zijn relatief groot en worden snel geabsorbeerd. Daarom reizen ze niet ver door de lucht en zijn ze niet zo gevaarlijk als de andere soorten radioactief verval.

Kernsplitsing

Het andere proces waarbij een atoom protonen kan verliezen, staat bekend als nucleair kernsplijting. Bij kernsplijting wordt een apparaat gebruikt om neutronen naar de kern van een atoom te versnellen. De botsing van de neutronen met het atoom zorgt ervoor dat de atoomkern uiteenvalt in fragmenten. Elk fragment is ongeveer de helft van de massa van het oorspronkelijke atoom.

Als de som van de fragmentmassa's bij elkaar wordt opgeteld, is deze echter niet gelijk aan de massa van het oorspronkelijke atoom. Dit komt omdat verschillende neutronen meestal worden uitgestoten als de atoomfragmenten en een deel van de massa wordt omgezet in energie. In feite genereert een kleine hoeveelheid materie een enorme hoeveelheid energie.

Toepassingen van kernsplijting

Een veel voorkomende toepassing voor kernsplitsing is het genereren van kernenergie. In een kerncentrale wordt energie uit kernsplijting gebruikt om water te verwarmen, waardoor stoom ontstaat om een ​​turbine te laten draaien en elektriciteit op te wekken. Ongeveer 20 procent van de elektriciteit in de Verenigde Staten komt van kerncentrales.

Een andere toepassing van kernsplijting is het maken van kernwapens. In een nucleair wapen wordt een triggeringstoestel gebruikt om fissie te initiëren. De ene fragmentatie leidt naar de andere, resulterend in een kettingreactie die een enorme hoeveelheid destructieve energie vrijmaakt.

Overwegingen

De enige twee manieren waarop atomen protonen verliezen, zijn door radioactief verval en kernsplijting. Beide processen zullen alleen voorkomen in atomen met onstabiele kernen. Het is bekend dat radioactief van nature en spontaan gebeurt. Volgens J. Marvin Herndon is er ook bewijs dat kernsplijting van nature in de mantel en kern van de aarde voorkomt, niet alleen in door de mens gemaakte apparaten zoals kernbommen of kernreactoren.