Ядро: в сто тысяч раз меньше, в миллион раз сильнее

1911: пустота с точкой в центре

Резерфорд стрелял альфа-частицами в золотую фольгу и ждал, что они пройдут насквозь. Одна из 8000 отскочила назад. «Как если бы ты выстрелил из пушки в лист бумаги, и снаряд вернулся».

1. Ядро: 99.97% массы в 10⁻¹⁵ объёма03
2. Долина стабильности: где ядра живут, а где нет04

Что держит ядро

Два протона на расстоянии 1 фм отталкиваются с силой 230 Н — вес 23 кг, приложенный к частице массой 10⁻²⁷ кг. И не разлетаются. Значит, есть что-то в сто раз сильнее.

1. Кварки, глюоны и почему нуклон нельзя разобрать06
2. Дефект массы: ядро весит меньше своих частей07

Радиоактивность: ядро ищет покоя

Беккерель в 1896 положил соль урана на фотопластинку в тёмный ящик — и она засветилась. Через два года Кюри выделили полоний и радий. Через двадцать — стало понятно: атом не вечен.

1. α, β, γ: три способа сбросить лишнее09
2. Период полураспада: ядро не стареет10
3. Как радиация убивает: ионизация, ДНК и три единицы11

Деление: один нейтрон — 200 МэВ — два нейтрона

Декабрь 1938, Берлин. Ган и Штрассман облучают уран нейтронами и находят барий — элемент вдвое легче. Лиза Мейтнер на прогулке в снегу считает на салфетке: капля разорвалась пополам, и E = mc² даёт ровно 200 МэВ.

1. Капля, которая рвётся: как это происходит13
2. k = 1: разница между реактором и бомбой — в одной цифре14

Реактор: кипятильник на цепной реакции

При всей физике внутри, АЭС — это паровая машина XIX века. Ядро только греет воду. Всё искусство — держать k ровно на единице и не дать остановленному реактору расплавить себя собственным остаточным теплом.

1. Пять частей: топливо, замедлитель, стержни, теплоноситель, защита16
2. Чернобыль и Фукусима: две разные физики отказа17
3. Отработанное топливо: 96% урана и 4% проблемы18

Оружие: k ≫ 1 за микросекунду

Физика бомбы проще физики реактора — не надо держать равновесие, надо только успеть собрать сверхкритическую массу быстрее, чем она разлетится. Всё инженерное искусство — в слове «успеть».

1. Пушка и имплозия: две схемы 1945 года20
2. Термоядерная: бомба внутри бомбы, зажигаемая рентгеном21

Синтез: как горит Солнце

В центре Солнца 15 миллионов градусов — и это в сто раз меньше, чем нужно, чтобы протоны сблизились классически. Солнце горит только потому, что протоны туннелируют. Медленно. Поэтому оно горит миллиарды лет, а не секунды.

1. pp-цикл: четыре протона → гелий за 10 миллиардов лет23
2. Нуклеосинтез: ты сделан из пепла трёх поколений звёзд24
3. Токамак и лазер: 70 лет до «через 30 лет»25

Ядро в мирной жизни

Кроме реакторов и бомб: 40 миллионов медицинских процедур в год, датировка всего, что старше письменности, зонды за пределами Солнечной системы — и дым-детектор у тебя на потолке.

1. Ядерная медицина: увидеть функцию и сжечь опухоль27
2. Часы, батарейки, детекторы: где ещё живёт распад28
3. Вся ядерная физика на одном слайде29

Десять в пятнадцатой

Ядро → кварки → глюонная струна → 8 МэВ связи → долина стабильности → α через туннель, β через W → уран ловит нейтрон → капля рвётся → 200 МэВ и 2.4 нейтрона → k = 1 в реакторе, k ≫ 1 в бомбе → рентген сжимает дейтерид лития → 50 мегатонн. И в другую сторону: протон ждёт 9 миллиардов лет → гелий → углерод → железо → коллапс → сверхновая → золото → ты.