Sisu
Aatomid on kogu mateeria põhiosad. Aatomid koosnevad tihedast, positiivselt laetud tuumast, mis sisaldab prootoneid ja neutroneid. Negatiivselt laetud elektronid tiirlevad tuuma ümber. Konkreetse elemendi kõigil aatomitel on sama arv prootoneid, mida nimetatakse aatomnumbriks. On kaks üldist protsessi, mille käigus aatom võib kaotada prootoneid. Kuna element on määratletud selle aatomites olevate prootonite arvuga, siis kui aatom kaotab prootoneid, muutub see erinevaks elemendiks.
Radioaktiivne lagunemine
Fotolia.com "> ••• radioaktiivne pilt, mille autor on redolia 2000 Fotolia.comÜks viis, kuidas aatom kaotab prootoneid, on radioaktiivne lagunemine, mis toimub siis, kui aatomil on ebastabiilne tuum. Tuuma stabiilsus sõltub prootonite ja neutronite suhtest. Väiksemate elementide, näiteks süsiniku ja hapniku korral on prootonite arv ligikaudu võrdne neutronite arvuga ja tuumad on stabiilsed. Raskemate elementide, näiteks uraani ja plutooniumi puhul on neutroneid palju rohkem kui prootoneid ja nende elementide tuumad on äärmiselt ebastabiilsed. Tegelikult on kõik elemendid, millel on rohkem kui 83 prootonit, ebastabiilsed. Radioaktiivse lagunemise kolme tüüpi on tuntud kui alfa, beeta ja gamma.
Alfa lagunemine
Alfa lagunemine on ainus viis, kuidas aatom kaotab prootonid spontaanselt. Alfaosa koosneb kahest prootonist ja kahest neutronist. Sisuliselt on see heeliumi aatomi tuum. Pärast aatomi läbimist alfa-emissioonil on sellel kaks vähem prootonit ja see saab erineva elemendi aatomiks. Üks selline protsess on siis, kui uraan-238 aatom väljutab alfaosakese ja saadud aatomiks on toorium-234. Alfa lagunemine jätkub, kuni saadakse stabiilse tuumaga aatom. Alfaosakesed on suhteliselt suured ja imenduvad kiiresti. Seetõttu ei liigu nad õhu kaudu kaugele ega ole nii ohtlikud kui muud tüüpi radioaktiivne lagunemine.
Tuuma lõhustumine
Teist protsessi, mille käigus aatom võib kaotada prootoneid, nimetatakse tuuma lõhustumiseks. Tuumalõhustumisel kasutatakse seadet neutronite kiirendamiseks aatomi tuuma poole. Neutronite kokkupõrge aatomiga põhjustab aatomi tuuma purunemise fragmentideks. Iga fragment moodustab umbes poole algse aatomi massist.
Kui aga need kokku liita, ei ole fragmentide masside summa võrdne algse aatomi massiga. Selle põhjuseks on asjaolu, et aatomifragmentidena eraldub tavaliselt mitu neutronit ja osa massist muundatakse energiaks. Tegelikult tekitab väike kogus ainet tohutult energiat.
Lõhustumise rakendused
Tuuma lõhustumise levinud rakendus on tuumaenergia tootmine. Tuumaelektrijaamas kasutatakse lõhustamiseks eraldatud energiat vee soojendamiseks, mis tekitab turbiini keeramiseks ja elektri tootmiseks auru. Ligikaudu 20 protsenti USA elektrienergiast tuleb tuumaelektrijaamadest.
Veel üks tuumalõhustumise rakendus on tuumarelvade valmistamine. Tuumarelvas kasutatakse lõhustumise käivitamiseks käivitusseadet. Üks killustumine viib teiseni, mille tulemuseks on ahelreaktsioon, mis eraldab tohutul hulgal hävitavat energiat.
Kaalutlused
Ainsad kaks võimalust, kuidas aatomid kaotavad prootonid, on radioaktiivse lagunemise ja tuuma lõhustumise kaudu. Mõlemad protsessid toimuvad ainult aatomites, millel on ebastabiilsed tuumad. On hästi teada, et radioaktiivselt toimub looduslikult ja spontaanselt. J. Marvin Herndoni sõnul on ka tõendeid, mis viitavad sellele, et tuuma lõhustumine toimub looduslikult Maakere vahevöös ja südamikus, mitte ainult inimese loodud seadmetes nagu tuumapommid või elektrijaamade reaktorid.