Er worden nieuwe elementen gemaakt door protonen in een kern te proppen. Waar komen deze protonen vandaan?

Alle protonen zijn hetzelfde.
Protonen zijn kernen van waterstof atomen.
Die krijg je dus door waterstofatomen van hun elektron te beroven.
Alle elementen hebben protonen en neutronen in de kern. En niets anders.

Er bestaan wel delen van protonen, de zogenaamde quarks.
Maar die kunnen niet zelfstandig bestaan (levensduur ca 0,0000000001 seconden).

Bij de oerknal zijn is de materie ontstaan en in eerste instantie bestond deze hoofdzakelijk uit waterstof en helium. Een waterstof atoom is een proton.

Elementen ontstaan door kernfusie in sterren die ontstaan doordat vanaf het prlle begin van het heelal grote wolken waterstof samentrokken onder hun eigen gewicht. Eerst vormt zich helium daarna dezwaardere elementen. Dit gebeurt door kernfusieprocessen waarbij kernen samensmelten en niet zozeer door het in een kern proppen van protonen.

Alle protonen zijn hetzelfe. Ze bestaan uit drie quarks. Quarks kunnen niet zelfstandig voorkomen en zijn altijd aan meerdere andere quarks gebonden.

Bovenstaande is een uiterst vereenvoudigde voorstelling van de gang van zaken. In de links vind je wat meer informatie.

Zowel een proton als een neutron bestaat uit 3 quarks.

Een neutron bestaat uit 2 down-quarks en 1 up-quark.

Een proton bestaat uit 2 up-quarks en 1 down-quark.

De up-quark heeft een lading van +2/3 en de down-quark heeft een lading van -1/3. Daardoor is een neutron elektrisch neutraal en heeft een proton een lading van +1.

Dus dat zijn de deeltjes waar protonen uit bestaan.

Nieuwe elementen kunnen op verschillende manieren ontstaan.

De lichtere elementen (t.e.m. ijzer) ontstaan door kernfusie aangezien ijzer het stabielst is. Dit proces vind in sterren plaats. De neutronen en protonen van deze elementen zijn dus afkomstig van de lichtere elementen die zijn 'samengesmolten'. Dit verklaart dus nog niet hoe het kan dat er elementen bestaan die zwaarder zijn dan ijzer.

Zwaardere elementen dan ijzer ontstaan oftewel door proton-absorptie. Dat gebeurt wanneer een bepaald atoom teveel protonen heeft die elkaar afstoten zodat er 1 proton wegschiet uit de kern. Als dit proton met hoge snelheid een andere kern kan raken kan het in deze kern worden opgenomen. Als het geen andere kern raakt maar wel een elektron van een ander atoom kan stelen ontstaat er een waterstofatoom.

Ofwel worden de atomen geactiveerd door een neutron. Die activatie kan plaatsvinden na een supernova wanneer alle deeltjes zich snel van de kern van de ster af bewegen. Of dit kan wanneer er neutronen afkomstig zijn van kernsplijting. Bij kernsplijting heb je dus in feite 2 soorten radioactieve restproducten: splijtingsproducten en activatieproducten.

Die activatieproducten hebben dus een neutron meer maar mogelijk zijn ze daardoor niet stabiel omdat ze nu in verhouding een proton teveel hebben. Dit kunnen ze oplossen door beta-verval. In het neutron verandert een down-quark in een up-quark en zo verandert het in een proton. Omdat het geheel ook qua lading moet kloppen ontstaat er ook een elektron dat 'wegschiet' van de kern (betastraling) en een anti-neutrino.

Losse protonen op zich kan je verder niet onderscheiden. Je kan protonen pas onderscheiden wanneer ze in een atoomkern zitten en daar elk een 'eigen rol' vervullen. Want net als elektronen zitten ze op verschillende energieniveau's, etc...

Nieuwe elementen kun je maken door atoomkernen met protonen te beschieten. Het volstaat dus niet om waterstof te ioniseren; die protonen hebben een veel te lage snelheid. Er is een deeltjesversneller nodig om de protonen voldoende energie te geven om tot in de kern van andere atomen door te dringen. In een cyclotron wordt eerst door verhitting een geïoniseerd waterstofpreparaat gemaakt en hierin wordt een protonenstroom opgewekt door er een spanning op te zetten. Vervolgens worden de protonen verder versneld door het magneetveld van het cyclotron.
Een andere methode is het gebruik van radioactieve preparaten. Die produceren echter meestal alpha-deeltjes (heliumkernen bestaande uit twee protonen en twee neutronen). Ook met alpha-deeltjes kun je atoomkernen beschieten met als doel nieuwe elementen te maken.