Co je kritická hmotnost?

Kritická hmotnost je koncept, na který se při diskusi o jaderném materiálu setká. Stručně řečeno, kritickým množstvím materiálu je množství potřebné pro to, aby pokračovala v jaderné reakci, jakmile bude zahájena. Počátky jsou schopny štěpné materiály schopny udržet reakci. Protože reakce může být udržována, lze materiál použít pro určité účely. Mezi tyto účely patří výroba jaderných zbraní a vytváření reaktorů pro generování energie. Nejrozšířenějšími štěpnými materiály jsou uranium-233, uran-235 a plutonium-239. Tyto tři materiály splňují kritéria štěpného materiálu, zůstávají kolem přiměřeně dlouhou dobu a lze je nalézt v dostatečném velkém množství, aby je využili pro praktické palivo.

Proces jaderné reakce je poněkud složitý, ale lze ji považovat za jednoduše jako reakce, která roste exponentivně. V reakci atom atomu štěpného materiálu-Řekněme, že uran-235-zachycuje neutron, když se pohybuje kolem. To způsobí, že se atom rozdělí na dva menší atomy a v procesu vypouští dva nebo tři další neutrony. Tyto neutrony poté odletují a jsou zachyceny jinými atomy uranu-235, které zase rozdělují a vyslají další nebo tři další neutrony. To vše se děje ve velmi, velmi malém množství času a uvolňuje obrovské množství energie.

Koncept kritické hmoty je důležitý, protože aby tato reakce pokračovala a uvolňovala obrovské množství energie, musí být přítomno dostatek štěpného materiálu, že může pokračovat. Pokud není dosaženo kritické hmotnosti, pak se přítomné neutrony sníží přesčas, což bude v průběhu času menší a méně pravděpodobné, že jaderná reakce bude menší. Přísně řečeno, termín kritický hmota se používá k popisu stavu rovnováhy, ve kterém je přítomen dostatek štěpného materiáluUdržujte množství neutronů zhruba stejné, ale reakce nevytváří více. Kritická hmotnost se však často používá k popisu toho, co se přesněji nazývá superkritická hmota, když je přítomno dostatek materiálu, že neutrony pokračují v kolizi s atomy štěpnými a uvolňováním více neutronů, generování energie a tepla.

Chcete -li použít štěpný materiál v jaderné zbrani, je zjevně důležité, aby byl materiál udržován pod kritickou hmotností - jinak by bomba okamžitě vybuchla. Obvykle jsou dva kusy materiálu udržovány odděleně v subkritické hmotě, a když je čas, aby byla bomba odpálena, jsou vrženy dohromady velmi tvrdě a velmi rychle. Poté vytvoří superkritickou hmotu a bomba exploduje. Pokud nejsou hozeny dostatečně rychle, pak se nejprve stane menší exploze a fouká dva kusy dále od sebe, takže k velké explozi nikdy nedojde - to se často označuje jako fizzle.

Kritická hmotnost je jináv závislosti na použitém materiálu. V případě uranu-233 je kritická hmotnost asi 35 liber (15 kg). V případě uranu-235 je kritická hmotnost asi 115 liber (52 kg). A v případě plutonia-239 je kritická hmotnost asi 22 liber (10 kg). To by se mohlo zdát docela dost, ale mějte na paměti, že tyto materiály jsou extrémně husté. U většiny jaderných materiálů dosáhne koule, která není mnohem větší než baseball, a způsobí obrovskou explozi.