Весна

Увлекательная ядерная физика

Exciting nuclear physics

Аннотация курса

В рамках курса в популярной и занимательной форме рассматриваются наиболее интересные вопросы ядерной физики и физики элементарных частиц, рассказывается о старых и самых последних достижениях этих наук, а также о ещё не решённых проблемах. Обсуждаются различные проявления ядерной физики в окружающем мире и её взаимосвязь с другими областями знаний. Большое внимание уделяется применению ядерно-физических методов в энергетике, промышленности, космонавтике, медицине, химии, геологии, археологии, криминалистике и др. Важную роль ядерная физика играет в фундаментальной науке: рассматриваются её применения в астрофизике и космологии, изучении физики Солнца и солнечно-земных связей. В лекциях в виде краткого конспекта даются основные положения ядерной физики и физики элементарных частиц для лучшего понимания предмета. Предлагая курс слушателям, автор основывался на интересном опыте знакомства с книгой К.Н. Мухина "Занимательная ядерная физика". Курс предназначен для широкого круга слушателей.
Занятия проводятся с использованием мультимедийного оборудования
Дисциплина не может быть выбрана студентами центра «Фундаментальные исследования и физика частиц»

Авторы

Майоров А.Г.
Майоров Андрей Георгиевич
Ученое звание
Ученая степень
кандидат физико-математических наук
Об авторе

В 2009 году закончил с отличием НИЯУ МИФИ (фаультет "Е" Высший физический колледж) по специальности "Физика атомного ядра и элементарных частиц". В 2012 году защитил диссертацию на сосискание степени кандидата физико-математических наук по теме "Потоки лёгких антиядер в первичных космических лучах". Лауреат премии Правительства Москвы за научные достижения в области "Физика и астрономия".
Области научных интересов: космические лучи, астрофизика, всеволновая астрономия, космология, тёмная материя.

Темы курса

1. Что такое ядерная физика?
Основные положения ядерной физики и физики элементарных частиц. Описание и сравнение всех известных фундаментальных взаимодействий, их проявления в окружающем мире. Можно ли промоделировать на суперкомпьютере всю Вселенную?
2. Свойства ядер, ядерных сил и квантовая механика.
Атомные ядра и их свойства. Перезарядка нуклонов и предсказание мезонов. Виртуальные и реальные частицы. Описание атомных ядер методами квантовой механики. Численное моделирование атомных ядер. Радиоактивные превращения атомных ядер и уравнение Шрёдингера.
3. Сверхтяжёлые элементы и сверхплотные формы материи.
Где кончается таблица Менделеева и фабрика сверхтяжёлых элементов. Поиск сверхтяжёлых ядер в космическом излучении. Нейтронные звёзды- самые большие ядра во Вселенной. Существование сверхплотных состояний материи и может ли Вселенная однажды к ним перейти.
4. Ядерная физика и теории относительности (1).
Ядерная физика и проверка теорий Эйнштейна: есть ли отличия между массой и энергией, что такое аннигиляция?, верны ли эффекты замедления времени и сокращения размеров. Атомные часы, система глобального позиционирования и релятивистская геодезия.
5. Ядерная физика и теории относительности (2).
Гамма-излучение возбуждённых ядер и эффект Мёссбауэра. Красное смещение электромагнитных волн. Гравитационное красное смещение и его измерение методами ядерной физики.
6. Ядерная энергетика (1).
О "переходе массы в энергию". Капельная модель ядра и теория деления. Цепная реакция деления. Первые реакторы и современные атомные электростанции (АЭС). Аварии на АЭС и их последствия. Фундаментальные эксперименты рядом с АЭС. Природные ядерные реакторы.
7. Ядерная энергетика (2).
Реакторы на самолётах, кораблях и подводных лодках. Радиоизотопный термоэлектрический генератор. Генераторы энергии на полярных станциях, маяках и космических аппаратах. Обеспечение энергией будущих колоний на Луне и Марсе. Портативная ядерная батарейка.
8. Ядерная энергетика (3).
Реакции термоядерного синтеза. Первичный нуклеосинтез (первые 3 минуты). Термоядерные реакции в звёздах и синтез элементов до железа. Химический состав Солнечной системы. Как образовались элементы тяжелее железа? Искусственный термоядерный реактор.
9. Ядерная физика и математика.
Три типа задач о взаимосвязи ядерной физики и математики. Игра в рулетку, бумажный человечек, Монте-Карло. Взаимодействия частиц с веществом и его моделирование численными методами. Применение машинного обучения в задачах ядерной физики, ФЭЧ, астрофизики.
10. Ядерная физика и химия/промышленность.
Открытие искусственной позитронной и электронной радиоактивности. Ионообменная хроматография. Плутоний. Ультрамикрохимия: (элементов) очень мало, (они) очень похожи, (и) очень быстро распадаются. Масс-спектрометрия одного атома.
11. Ядерная физика и медицина.
Портативные радиозонды и "сердце" на ядерной батарейке. Измерение скорости и объёма кровотока. Радиоактивность человека. Накопление радиоактивных элементов разными органами. Диагностика и определение заболеваний. Волновая и корпускулярная лучевая терапия.
12. Ядерная физика и неожиданные виды томографии.
Мюонная томография: что скрыто внутри пирамид, как заглянуть внутрь реактора аварийной АЭС и предсказать извержения вулканов. Определение массы Земли при помощи нейтрино.
13. Ядерная физика и (космо)археология.
Хронология древностей. Радиоуглеродный и другие методы датировки. Трудности измерений: выбор "часов" и активность Солнца. Определение возраста Земли и расположения континентов в прошлом. Самые древние астрофизические объекты и оценка возраста Вселенной.
14. Ядерная физика и астрофизика/космология.
Свойства нейтрино и загадка солнечных нейтрино. Нарушения законов сохранения в ФЭЧ, путешествия в прошлое и барионная асимметрия Вселенной. Сверхновые, закон Хаббла и расширение Вселенной. Гамма-источники, гравит. волны и размерность пространства-времени.
15. Ядерная физика и космические исследования.
Влияние космического излучения на живые организмы: эксперименты на МКС, БИОН. Влияние близких сверхновых на эволюцию живых организмов и массовые вымирания. Возникновение полярных сияний и беспокойный сон космонавтов. Радиационная химия, физика, биология.
16. Неожиданные применения и интересные проекты.
Ядерная физика и криминалистика. Ядерный скафандр, радиоактивный громоотвод, восстановление фотографий и другие возможные применения методов ядерной физики. Гигантские ускорители, искусственное Солнце, атомный дирижабль и другие проекты.
17. Проблемы ядерной физики (по желанию).
Существуют ли: кварки, магнитные монополи, зеркальные миры. Что такое тёмная материя и новые теории гравитации. Теория отрицательной массы.