Hvad er kritisk masse?
Kritisk masse er et begreb, man støder på, når man diskuterer nukleart materiale. Kort sagt er den kritiske masse af et materiale den mængde, der er nødvendig for at det kan fortsætte en nuklear reaktion, når det først er startet.
Der er forskellige typer nukleare materialer, og en type er kendt som et fissilt materiale. Fissile materialer er i stand til at opretholde en reaktion, når den er begyndt. Da reaktionen kan opretholdes, kan materialet anvendes til visse formål. Disse formål inkluderer fremstilling af atomvåben og oprettelse af reaktorer til generering af energi. De mest anvendte fissile materialer er Uranium-233, Uranium-235 og Plutonium-239. Disse tre materialer opfylder kriterierne for et fissibelt materiale, forbliver i rimelig lang tid og kan findes i tilstrækkelig store mængder til at gøre det muligt at bruge dem til brændstofpraktisk.
Processen med en nuklear reaktion er noget kompliceret, men den kan blot ses på som en reaktion, der vokser eksponentielt. I en reaktion fanger et atom af det fissile materiale - lad os sige Uranium-235 - et neutron, når det bevæger sig forbi. Dette får atomet til at opdeles i to mindre atomer, og i processen lanceres to eller tre flere neutroner. Disse neutroner flyver derefter væk og fanges af andre atomer i Uranium-235, som igen splitter og sender to eller tre flere neutroner væk. Alt dette sker på meget, meget lidt tid og frigiver enorme mængder energi.
Begrebet kritisk masse er vigtigt, for for at denne reaktion kan fortsætte og frigive enorme mængder energi, skal der være tilstrækkeligt fissilt materiale til stede for at det kan fortsætte. Hvis der ikke opnås kritisk masse, reduceres de tilstedeværende neutroner overarbejde, hvilket gør en nuklear reaktion mindre og mindre sandsynlig over tid. Strengt taget bruges udtrykket kritisk masse til at beskrive ligevægttilstanden, hvor der er tilstrækkeligt fissilt materiale til stede til at holde mængden af neutroner omtrent den samme, men reaktionen genererer ikke mere. Ofte bruges imidlertid kritisk masse til at beskrive, hvad der mere nøjagtigt kaldes superkritisk masse, når der er nok af materialet til stede, at neutroner fortsætter med at kollidere med fissile atomer og frigiver flere neutroner, genererer energi og varme.
For at bruge fissilt materiale i et atomvåben er det åbenlyst vigtigt, at materialet holdes under kritisk masse - ellers ville bomben detonere øjeblikkeligt. Normalt holdes to stykker materiale adskilt i underkritisk masse, og når det er tid til at detonere bomben, smides de meget hårdt og meget hurtigt sammen. De opretter derefter en superkritisk masse, og bomben eksploderer. Hvis de ikke smides hurtigt hurtigt sammen, sker der først en mindre eksplosion og sprænger de to stykker længere fra hinanden, så den store eksplosion aldrig opstår - dette kaldes ofte for en svimmelhed.
Kritisk masse er forskellig afhængigt af det materiale, der bruges. I tilfælde af Uran-233 er den kritiske masse ca. 35 kg (15 kg). I tilfælde af Uran-235 er den kritiske masse ca. 115 kg (52 kg). Og i tilfælde af Plutonium-239 er den kritiske masse ca. 22 kg (10 kg). Dette kan virke som en smule, men husk at disse materialer er ekstremt tæt. Med de fleste nukleare materialer vil en kugle, der ikke er meget større end en baseball, nå kritisk masse og forårsage en enorm eksplosion.