Физическая суть: Число протонов (Z) определяет химический элемент. Нейтроны (N) удерживают ядро от разрыва сильным взаимодействием — их избыток или нехватка создаёт радиоактивные изотопы. Несовпадение числа электронов (e⁻) и протонов превращает атом в заряженный ион.

Формула: Массовое число A = Z + N; Заряд иона Q = Z − e⁻ (в элементарных зарядах e).

Применение: Масс-спектрометрия, ионные двигатели космических аппаратов, радиоуглеродный анализ (¹⁴C) и ядерная медицина.

Ограничения этой модели: Орбиты Бора условны — в реальности электроны образуют квантовые орбитали (s, p, d, f), а размер ядра увеличен в десятки тысяч раз для наглядности.

Физическая суть: Радиоактивный распад — случайный квантовый процесс. Невозможно предсказать, когда распадётся конкретное ядро, но для большого ансамбля ровно половина ядер распадается за строго фиксированное время T½.

Формула: N(t) = N₀ · (1/2)^(t / T½) = N₀ · e^(−λt).

Применение: Определение возраста древних находок и горных пород, расчёт срока хранения радиоактивных отходов и дозировка медпрепаратов.

Ограничения этой модели: Масштаб времени ускорен в миллиарды раз, а выборка из 100 ядер даёт статистические флуктуации кривой по сравнению с макроскопическим образцом.

Физическая суть: Тяжёлые α-частицы быстро теряют энергию и останавливаются листом бумаги. Быстрые электроны (β) задерживаются алюминием. Для ослабления γ-квантов нужны тяжёлые ядра (свинец), а для замедления нейтронов — лёгкие ядра водорода (вода, парафин, бетон).

Формула: Закон ослабления потока I = I₀ · e^(−μx), где μ — линейный коэффициент ослабления материала.

Применение: Проектирование биологической защиты реакторов, рентген-кабинетов, скафандров космонавтов и контейнеров для перевозки изотопов.

Ограничения этой модели: Не учитывается вторичное тормозное излучение при остановке высокоэнергетических β-частиц в свинце и рассеяние γ-квантов.

Физическая суть: При захвате теплового нейтрона ядро Урана-235 становится нестабильным и делится на два осколка, выбрасывая 2–3 новых нейтрона и ~200 МэВ энергии. Если каждый распад вызывает в среднем хотя бы один новый (k ≥ 1), возникает самоподдерживающаяся цепная реакция.

Формула: Дефект массы E = Δm · c²; Коэффициент размножения нейтронов k_eff.

Применение: Энергетические и исследовательские ядерные реакторы, атомные ледоколы и подводные лодки.

Ограничения этой модели: В реальном реакторе ВВЭР обогащение составляет всего 3–5%, а для поддержания реакции используются замедлитель (вода) и регулирующие стержни-поглотители.