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Gli atomi sono i mattoni fondamentali di tutta la materia. Gli atomi sono costituiti da un nucleo denso e carico positivamente che contiene protoni e neutroni. Elettroni carichi negativamente orbitano attorno al nucleo. Tutti gli atomi di un particolare elemento possiedono lo stesso numero di protoni, noto come il numero atomico. Esistono due processi generali con cui un atomo può perdere i protoni. Poiché un elemento è definito dal numero di protoni nei suoi atomi, quando un atomo perde protoni, diventa un elemento diverso.
Decadimento radioattivo
Fotolia.com "> ••• immagine radioattiva di red2000 da Fotolia.comUn modo in cui un atomo perde 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 approssimativamente uguale al numero di neutroni e i nuclei sono stabili. Per elementi più pesanti come l'uranio e il plutonio, ci sono molti più neutroni rispetto ai protoni e i nuclei di tali 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 protoni in meno e diventa un atomo di un elemento diverso. 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. Pertanto non viaggiano lontano attraverso l'aria e non sono così pericolosi come gli altri tipi di decadimento radioattivo.
Fissione nucleare
L'altro processo mediante il quale un atomo può perdere i protoni è noto come fissione nucleare. 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 frammentazione del nucleo dell'atomo in frammenti. Ogni frammento è circa la metà della massa dell'atomo originale.
Se sommati, la somma delle masse di frammenti non è uguale alla massa dell'atomo originale. Questo perché diversi neutroni vengono solitamente emessi come frammenti di atomo e parte della massa viene convertita in energia. In effetti, una piccola quantità di materia genera un'enorme quantità di energia.
Applicazioni di 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 far girare una turbina e generare elettricità. Circa il 20 percento dell'elettricità negli Stati Uniti proviene da centrali nucleari.
Un'altra applicazione della fissione nucleare è la fabbricazione di armi nucleari. In un'arma nucleare, un dispositivo di innesco viene utilizzato per avviare la fissione. Una frammentazione porta ad 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 è attraverso il decadimento radioattivo e la fissione nucleare. Entrambi i processi si verificano solo in atomi con nuclei instabili. È noto che la radioattività si manifesta 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 o i reattori di centrali elettriche.