NộI Dung
Nguyên tử là khối xây dựng cơ bản của mọi vật chất. Các nguyên tử bao gồm một hạt nhân tích điện dày đặc có chứa proton và neutron. Các electron tích điện âm quay quanh hạt nhân. Tất cả các nguyên tử của một nguyên tố cụ thể đều có cùng số proton, được gọi là số nguyên tử. Có hai quá trình chung mà một nguyên tử có thể mất proton. Vì một nguyên tố được xác định bởi số lượng proton trong nguyên tử của nó, khi một nguyên tử mất proton, nó sẽ trở thành một nguyên tố khác.
Phân rã phóng xạ
Fotolia.com "> ••• hình ảnh phóng xạ của red2000 từ Fotolia.comMột cách mà một nguyên tử mất proton là thông qua sự phân rã phóng xạ, xảy ra khi một nguyên tử có hạt nhân không ổn định. Độ ổn định của hạt nhân phụ thuộc vào tỷ lệ của proton với neutron. Đối với các nguyên tố nhỏ hơn như carbon và oxy, số lượng proton gần bằng số lượng neutron và hạt nhân ổn định. Đối với các nguyên tố nặng hơn như uranium và plutonium, có nhiều neutron hơn proton và hạt nhân của các nguyên tố đó cực kỳ không ổn định. Trên thực tế, tất cả các nguyên tố có hơn 83 proton đều không ổn định. Ba loại phân rã phóng xạ được gọi là alpha, beta và gamma.
Alpha phân rã
Alpha phân rã là cách duy nhất trong đó một nguyên tử sẽ tự động mất các proton. Một hạt alpha bao gồm hai proton và hai neutron. Nó thực chất là hạt nhân của một nguyên tử helium. Sau khi một nguyên tử trải qua phát xạ alpha, nó có ít hơn hai proton và trở thành nguyên tử của một nguyên tố khác. Một quá trình như vậy là khi một nguyên tử Uranium-238 phóng ra một hạt alpha và nguyên tử kết quả là Thorium-234. Alpha phân rã sẽ tiếp tục xảy ra cho đến khi một nguyên tử có kết quả hạt nhân ổn định. Các hạt alpha tương đối lớn và được hấp thụ nhanh chóng. Do đó, chúng không di chuyển xa trong không khí và không nguy hiểm như các loại phân rã phóng xạ khác.
Phân hạch hạt nhân
Quá trình khác mà một nguyên tử có thể mất proton được gọi là phân hạch hạt nhân. Trong quá trình phân hạch hạt nhân, một thiết bị được sử dụng để gia tốc neutron về phía hạt nhân của nguyên tử. Sự va chạm của neutron với nguyên tử làm cho hạt nhân nguyên tử phân tách thành các mảnh. Mỗi mảnh gần bằng một nửa khối lượng của nguyên tử ban đầu.
Tuy nhiên, khi cộng lại với nhau, tổng khối lượng mảnh không bằng khối lượng của nguyên tử ban đầu. Điều này là do một số neutron thường được phát ra dưới dạng các mảnh nguyên tử và một phần khối lượng được chuyển thành năng lượng. Trên thực tế, một lượng nhỏ vật chất tạo ra một lượng năng lượng cực lớn.
Ứng dụng phân hạch
Một ứng dụng phổ biến cho phân hạch hạt nhân là trong thế hệ năng lượng hạt nhân. Trong một nhà máy điện hạt nhân, năng lượng từ quá trình phân hạch được sử dụng để làm nóng nước, tạo ra hơi nước để quay tuabin và tạo ra điện. Khoảng 20 phần trăm điện ở Hoa Kỳ đến từ các nhà máy điện hạt nhân.
Một ứng dụng khác của phân hạch hạt nhân là chế tạo vũ khí hạt nhân. Trong vũ khí hạt nhân, một thiết bị kích hoạt được sử dụng để bắt đầu phân hạch. Một phân mảnh dẫn đến một phân mảnh khác, dẫn đến một phản ứng dây chuyền giải phóng một lượng năng lượng hủy diệt khổng lồ.
Cân nhắc
Hai cách duy nhất mà các nguyên tử mất proton là thông qua sự phân rã phóng xạ và phân hạch hạt nhân. Cả hai quá trình sẽ chỉ xảy ra trong các nguyên tử có hạt nhân không ổn định. Người ta biết rằng phóng xạ xảy ra tự nhiên và tự phát. Theo J. Marvin Herndon, cũng có bằng chứng cho thấy sự phân hạch hạt nhân xảy ra tự nhiên trong lớp vỏ và lõi của Trái đất, không chỉ trong các thiết bị nhân tạo như bom hạt nhân hay lò phản ứng của nhà máy điện.