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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. Des électrons chargés négativement gravitent autour du noyau. Tous les atomes d'un élément particulier possèdent le même nombre de protons, appelé numéro 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, lorsqu'un atome perd des protons, il devient un élément différent.
Désintégration radioactive
Fotolia.com "> ••• image radioactive par red2000 de Fotolia.comL'un des moyens par lesquels un atome perd des protons est la désintégration radioactive, qui se produit lorsqu'un atome a un noyau instable. La stabilité d'un noyau dépend du rapport protons / 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 le noyau de ces éléments est extrêmement instable. En fait, tous les éléments ayant plus de 83 protons sont instables. Les trois types de désintégration radioactive sont appelés alpha, bêta et gamma.
Alpha Decay
La désintégration alpha est le seul moyen par lequel un atome perd 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. Lorsqu'un atome est soumis à une émission alpha, il comporte deux protons en moins et devient un atome d'élément différent. Un tel processus se produit lorsqu'un atome d'uranium-238 éjecte une particule alpha et que l'atome résultant est alors du thorium-234. La désintégration alpha continuera à se produire jusqu’à obtenir un atome avec un noyau stable. Les particules alpha sont relativement grandes et sont rapidement absorbées. Par conséquent, ils ne voyagent pas loin dans les airs 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 de fission nucléaire. 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. Chaque fragment représente environ la moitié de la masse de l'atome d'origine.
Cependant, une fois additionnés, la somme 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 fission est utilisée pour chauffer l’eau, ce qui crée de la vapeur pour faire tourner une turbine et produire de l’électricité. Aux États-Unis, environ 20% de l'électricité 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 déclencher la fission. Une fragmentation en entraîne une autre, ce qui entraîne une réaction en chaîne qui libère une énorme quantité d’énergie destructrice.
Considérations
Les deux seuls moyens par lesquels les atomes perdent des protons sont la désintégration radioactive et la fission nucléaire. Les deux processus ne se produiront que dans des atomes ayant des noyaux instables. Il est bien connu que la radioactivité se produit naturellement et spontanément. Selon J. Marvin Herndon, il existe également 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 fabriqués par l'homme, tels que des bombes nucléaires ou des réacteurs de centrale.