Увлекательная ядерная физика

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.