Was ist kritische Masse?
Kritische Masse ist ein Konzept, auf das man bei der Diskussion von Kernmaterial aufnimmt. Kurz gesagt, die kritische Masse eines Materials ist die Menge, die für die Fortsetzung einer nuklearen Reaktion erforderlich ist. Spaltende Materialien können eine Reaktion aufrechterhalten, sobald sie begonnen hat. Da die Reaktion aufrechterhalten werden kann, kann das Material für bestimmte Zwecke verwendet werden. Diese Zwecke umfassen die Herstellung von Atomwaffen und die Schaffung von Reaktoren zur Energieerzeugung. Die am weitesten verbreiteten faltbaren Materialien sind Uran-233, Uran-235 und Plutonium-239. Diese drei Materialien erfüllen die Kriterien eines spaltbaren Materials, bleiben für eine einigermaßen lange Zeit und können in ausreichend großer Mengen gefunden werden, um sie für den Kraftstoff praktisch zu verwenden. In einer Reaktion ein Atom des spaltbaren Materials-Sagen wir, Uranium-235-erfasst ein Neutron, wenn es vorbei ist. Dies führt dazu, dass sich das Atom in zwei kleinere Atome aufteilt und dabei zwei oder drei weitere Neutronen abbricht. Diese Neutronen fliegen dann ab und werden von anderen Atomen von Uranium-235 erfasst, die wiederum zwei oder drei weitere Neutronen abgeben und absenden. All dies geschieht in einer sehr, sehr geringen Zeit und setzt enorme Energiemengen frei.
Das Konzept der kritischen Masse ist wichtig, denn damit diese Reaktion enorme Mengen an Energie fortsetzt und ausreicht, muss es genügend faltbares Material geben, das es fortsetzen kann. Wenn keine kritische Masse erreicht ist, sinken die vorhandenen Neutronen über die Zeit, wodurch eine Kernreaktion im Laufe der Zeit immer weniger wahrscheinlich ist. Streng genommen wird der Begriff kritische Masse verwendet, um den Gleichgewichtszustand zu beschreiben, in dem genügend faltbares Material vorhanden istHalten Sie die Anzahl der Neutronen ungefähr gleich, aber die Reaktion erzeugt nicht mehr. Oft wird die kritische Masse jedoch verwendet, um zu beschreiben, was genauer bezeichnet wird, als superkritische Masse genannt wird, wenn genug von dem Material vorhanden ist, dass Neutronen weiterhin mit faltbaren Atomen kollidieren und mehr Neutronen freisetzen, Energie und Wärme erzeugen.
Um faltbares Material in einer Atomwaffe zu verwenden, ist es offensichtlich wichtig, dass das Material unter kritische Masse gehalten wird - ansonsten würde die Bombe sofort detonieren. Normalerweise werden zwei Materialstücke in subkritischer Masse getrennt gehalten, und wenn es Zeit ist, dass die Bombe detoniert wird, werden sie sehr hart und sehr schnell zusammengeworfen. Sie schaffen dann eine superkritische Masse, und die Bombe explodiert. Wenn sie nicht schnell genug zusammengeworfen werden, tritt zuerst eine kleinere Explosion auf und bläst die beiden Teile weiter auseinander, so dass die große Explosion niemals auftritt - dies wird oft als Sprudel bezeichnet.
kritische Masse ist andersabhängig vom verwendeten Material. Im Fall von Uran-233 beträgt die kritische Masse etwa 15 kg. Im Fall von Uran-235 beträgt die kritische Masse etwa 115 Pfund (52 kg). Und im Fall von Plutonium-239 beträgt die kritische Masse etwa 22 kg (10 kg). Dies mag ein bisschen wie ein bisschen erscheinen, aber denken Sie daran, dass diese Materialien äußerst dicht sind. Bei den meisten Kernmaterialien erreicht eine Kugel, die nicht viel größer als ein Baseball ist, eine kritische Masse und verursacht eine enorme Explosion.