Filmen oppsummerer all kjernefysikk på omtrent 10 minutter. Atomer er laget av en positivt ladet kjerne omgitt av negativt ladede elektroner. Atomkjernene er bygd opp av protoner og nøytroner. Disse kalles nukleoner. Fordi alle protoner har samme ladning, avstøter de. Og kraft kan beregnes ved hjelp av coulombs lov. To protoner atskilt med bredden av et nøytronavstøtende med en kraft på 60 Newton, eller 12 lbs!
Men det som hindrer dem i å fly fra hverandre er en enda sterkere kraft den sterke kjernekraften. Det er omtrent 100 ganger sterkere enn elektromagnetisme. Men denne kraften virker bare på svært små avstander, omtrent på bredden av et proton. Og den opererer bare innenfor og mellom nukleoner. Elektroner, fotoner og nøytrinoer påvirkes ikke av det. Det er som borrelås. Nukleoner henger sammen når de er veldig nærme, men har ingen innvirkning når de er langt fra hverandre.
Antall protoner i et grunnstoff er alene ansvarlig for dets kjemiske og fysiske egenskaper. Et gitt grunnstoff eller atom kan ha samme antall protoner, men forskjellig antall nøytroner. Disse kalles isotoper av elementet. De har nøyaktig de samme kjemiske egenskapene og skiller seg bare i masse.
Stabile kjerner består av omtrent like mange protoner og nøytroner. Nøytronene tjener til å gi ytterligere sterk kraft som er nødvendig for å holde kjernen stabil. Uten nøytroner kan ikke engang to protoner holdes sammen mot deres frastøting.
Frie protoner er stabile, men frie nøytroner er ikke stabile. Ensomme nøytroner forfaller til et proton, et elektron og en antinøytrino innen 15 minutter. Men inne i en kjerne forblir de stabile fordi det er energetisk ugunstig for dem å forfalle.
Hvis en kjerne er veldig stor, eller har et overskudd av protoner eller nøytroner, forårsaker dette alfa-forfall, som er en heliumkjerne som består av 2 protoner og to nøytroner. Dette er det vi kaller radioaktivitet.
Det er tre former for naturlig radioaktivitet, alfa-, beta- og gamma-forfall. En beta-partikkel er et høyenergielektron. Dette skjer i veldig store kjerner når et nøytron forfaller selv om det er i nærvær av protoner. Dette avgir et elektron og en antinøytrino. Dette elektronet er beta-partikkelen.
En gamma-partikkel er et høyenergifoton. Gammastråler sendes vanligvis ut av eksiterte kjerner som er blitt skapt etter enten et alfa- eller beta-forfall. Disse kjernefysiske prosessene frigjør høyenergifotoner fordi de involverer den sterke kraften som er veldig energisk.
Alfa-partikler kan stoppes av et tynt stykke papir. Beta-partikler kan trenge gjennom huden din, men kan stoppes av et ark med aluminiumsfolie. Men gammastråler kan trenge gjennom en tomme med bly.
En radioaktiv kjerne er preget av sin «halveringstid». Hva dette betyr er at hvis jeg har 16 atomer, med en halveringstid på 1 uke, vil jeg en uke senere ha ½ eller 8 atomer igjen. Om 2 uker har jeg 4 og så videre. Halveringstiden er et statistisk begrep, og vi kan ikke forutsi på forhånd hvilke spesifikke atomer som vil forfalle.
Hvis en stor kjerne, som noen isotoper av uran, blir truffet av en partikkel, vanligvis et nøytron, vil den splittes i to mindre kjerner. Dette kalles kjernefysisk fisjon. Hvis den totale massen til de to mindre kjernene er mindre enn uranets masse før den ble truffet, blir den manglende massen omgjort til energi via E = mc2. Dette kalles fisjon.
Hvis det er nok fisjonbare kjerner i høy nok konsentrasjon, er det mulig for de kastede av nøytronene å på sin side fisjon flere kjerner, og skaper en kjedereaksjon. Dette er mekanismen bak en atombombe.