Les atomes sont les éléments fondamentaux de toute matière. Les atomes consistent en un noyau dense, chargé positivement, qui contient des protons et des neutrons. Les électrons chargés négativement orbitent le noyau. Tous les atomes d'un élément particulier possèdent le même nombre de protons, connu sous le nom de nombre atomique. Il existe deux processus généraux par lesquels un atome peut perdre des protons. Puisqu'un élément est défini par le nombre de protons dans ses atomes, quand un atome perd des protons, il devient un élément différent.

Désintégration radioactive

Une façon dont un atome perd des protons passe par la désintégration radioactive , qui se produit quand un atome a un noyau instable. La stabilité d'un noyau dépend du rapport des protons aux neutrons. Pour les éléments plus petits tels que le carbone et l'oxygène, le nombre de protons est à peu près égal au nombre de neutrons et les noyaux sont stables. Pour les éléments plus lourds tels que l'uranium et le plutonium, il y a beaucoup plus de neutrons que de protons, et les noyaux de ces éléments sont extrêmement instables. En fait, tous les éléments qui ont plus de 83 protons sont instables. Les trois types de désintégration radioactive sont connus comme alpha, bêta et gamma.

Alpha Decay

La désintégration alpha est la seule façon dont un atome perdra spontanément des protons. Une particule alpha est constituée de deux protons et de deux neutrons. C'est essentiellement le noyau d'un atome d'hélium. Après qu'un atome subit une émission alpha, il a deux protons de moins et devient un atome d'un élément différent. Un tel processus est quand un atome d'uranium-238 éjecte une particule alpha et l'atome résultant est alors Thorium-234. La désintégration alpha continuera à se produire jusqu'à ce qu'un atome avec un noyau stable résulte. Les particules alpha sont relativement grandes et sont rapidement absorbées. Par conséquent, ils ne voyagent pas loin dans l'air et ne sont pas aussi dangereux que les autres types de désintégration radioactive.

Fission nucléaire

L'autre processus par lequel un atome peut perdre des protons est connu sous le nom nucléaire fission. Dans la fission nucléaire, un dispositif est utilisé pour accélérer les neutrons vers le noyau d'un atome. La collision des neutrons avec l'atome provoque la fragmentation du noyau de l'atome en fragments. Chaque fragment est à peu près la moitié de la masse de l'atome d'origine.

Lorsqu'on les additionne, cependant, la somme des masses des fragments n'est pas égale à la masse de l'atome d'origine. En effet, plusieurs neutrons sont généralement émis sous forme de fragments d'atomes et une partie de la masse est convertie en énergie. En fait, une petite quantité de matière génère une énorme quantité d'énergie.

Applications de la fission

Une application courante de la fission nucléaire est la production d'énergie nucléaire. Dans une centrale nucléaire, l'énergie de la fission est utilisée pour chauffer l'eau, ce qui crée de la vapeur pour faire tourner une turbine et produire de l'électricité. Environ 20% de l'électricité aux États-Unis provient de centrales nucléaires.

Une autre application de la fission nucléaire est la fabrication d'armes nucléaires. Dans une arme nucléaire, un dispositif de déclenchement est utilisé pour initier la fission. Une fragmentation mène à une autre, entraînant une réaction en chaîne qui libère une énorme quantité d'énergie destructrice.

Considérations

Les deux seules façons par lesquelles les atomes perdent des protons sont la désintégration radioactive et la fission nucléaire. Les deux processus ne se produiront que dans les atomes qui ont des noyaux instables. Il est bien connu que radioactivement se produit naturellement et spontanément. Selon J. Marvin Herndon, il existe aussi des preuves suggérant que la fission nucléaire se produit naturellement dans le manteau et le noyau de la Terre, et pas seulement dans des dispositifs artificiels comme les bombes nucléaires ou les réacteurs de centrales électriques.