Gli atomi sono i mattoni fondamentali di tutta la materia. Gli atomi consistono in un nucleo denso, caricato positivamente che contiene protoni e neutroni. Gli elettroni caricati negativamente orbitano attorno al nucleo. Tutti gli atomi di un particolare elemento possiedono lo stesso numero di protoni, noto come numero atomico. Esistono due processi generali mediante i quali un atomo può perdere i protoni. Poiché un elemento è definito dal numero di protoni nei suoi atomi, quando un atomo perde i protoni, diventa un elemento diverso.

Decadimento radioattivo

Un modo in cui un atomo perde i protoni è attraverso il decadimento radioattivo , che si verifica quando un atomo ha un nucleo instabile. La stabilità di un nucleo dipende dal rapporto tra protoni e neutroni. Per elementi più piccoli come carbonio e ossigeno, il numero di protoni è all'incirca uguale al numero di neutroni, ei nuclei sono stabili. Per elementi più pesanti come l'uranio e il plutonio, ci sono molti più neutroni dei protoni e i nuclei di questi elementi sono estremamente instabili. In effetti, tutti gli elementi che hanno più di 83 protoni sono instabili. I tre tipi di decadimento radioattivo sono noti come alfa, beta e gamma.

Decadimento alfa

Il decadimento alfa è l'unico modo in cui un atomo perderà spontaneamente i protoni. Una particella alfa è composta da due protoni e due neutroni. È essenzialmente il nucleo di un atomo di elio. Dopo che un atomo subisce un'emissione alfa, ha due meno protoni e diventa un atomo di un altro elemento. Uno di questi processi è quando un atomo di uranio-238 espelle una particella alfa e l'atomo risultante è quindi torio-234. Il decadimento alfa continuerà a verificarsi fino a quando non si ottiene un atomo con un nucleo stabile. Le particelle alfa sono relativamente grandi e vengono rapidamente assorbite. Quindi non viaggiano molto attraverso l'aria e non sono pericolosi come gli altri tipi di decadimento radioattivo.

Fissione nucleare

L'altro processo attraverso il quale un atomo può perdere i protoni è noto come nucleare fissione. Nella fissione nucleare, un dispositivo viene utilizzato per accelerare i neutroni verso il nucleo di un atomo. La collisione dei neutroni con l'atomo provoca la rottura del nucleo dell'atomo in frammenti. Ogni frammento è all'incirca la metà della massa dell'atomo originale.

Se sommati insieme, tuttavia, la somma delle masse dei frammenti non è uguale alla massa dell'atomo originale. Questo perché diversi neutroni vengono solitamente emessi come frammenti di atomi e parte della massa viene convertita in energia. In effetti, una piccola quantità di materia genera un'enorme quantità di energia.

Applicazioni della fissione

Un'applicazione comune per la fissione nucleare è nella generazione di energia nucleare. In una centrale nucleare, l'energia della fissione viene utilizzata per riscaldare l'acqua, che crea vapore per trasformare una turbina e generare elettricità. Circa il 20 percento dell'elettricità negli Stati Uniti proviene da centrali nucleari.

Un'altra applicazione della fissione nucleare consiste nel fabbricare armi nucleari. In un'arma nucleare, viene utilizzato un dispositivo di innesco per iniziare la fissione. Una frammentazione porta a un'altra, provocando una reazione a catena che rilascia un'enorme quantità di energia distruttiva.

Considerazioni

Gli unici due modi in cui gli atomi perdono i protoni sono attraverso il decadimento radioattivo e la fissione nucleare. Entrambi i processi si verificano solo negli atomi che hanno nuclei instabili. È noto che si verifica in modo radioattivo in modo naturale e spontaneo. Secondo J. Marvin Herndon, ci sono anche prove che suggeriscono che la fissione nucleare si verifica naturalmente nel mantello e nel nucleo della Terra, non solo nei dispositivi artificiali come le bombe nucleari oi reattori delle centrali elettriche.