¿Qué es la masa crítica?

La masa crítica es un concepto que uno se encuentra cuando se discute material nuclear. En resumen, la masa crítica de un material es la cantidad necesaria para que continúe una reacción nuclear una vez que ha comenzado.

Existen diferentes tipos de materiales nucleares, y un tipo se conoce como material fisible. Los materiales fisionales pueden mantener una reacción una vez que ha comenzado. Dado que la reacción puede sostenerse, el material puede usarse para ciertos fines. Estos propósitos incluyen hacer armas nucleares y crear reactores para generar energía. Los materiales fisionales más utilizados son el uranio-233, el uranio-235 y el plutonio-239. Estos tres materiales cumplen con los criterios de un material fisionable, permanecen por un tiempo razonablemente largo y se pueden encontrar en cantidades suficientemente grandes para hacer que el uso de combustible sea práctico.

El proceso de una reacción nuclear es algo complejo, pero se puede considerar simplemente como una reacción que crece exponencialmente. En una reacción, un átomo del material fissil-Digamos que Uranium-235-captura a un neutrón a medida que pasa. Esto hace que el átomo se divida en dos átomos más pequeños, y en el proceso lanza dos o tres neutrones más. Estos neutrones vuelan y son capturados por otros átomos de uranio-235, que a su vez se dividen y envían dos o tres neutrones más. Todo esto sucede en una cantidad de tiempo muy, muy pequeña, y libera enormes cantidades de energía.

El concepto de masa crítica es importante, porque para que esta reacción continúe y libere grandes cantidades de energía, debe haber suficiente material fisionil presente para que pueda continuar. Si no se logra la masa crítica, entonces los neutrones presentes disminuirán extremos, lo que hace que una reacción nuclear sea cada vez menos probable con el tiempo. Estrictamente hablando, el término masa crítica se usa para describir el estado de equilibrio en el que hay suficiente material fissil presente paraMantenga la cantidad de neutrones aproximadamente la misma, pero la reacción no genera más. Sin embargo, a menudo, la masa crítica se usa para describir lo que se llama más precisión de la masa supercrítica, cuando hay suficiente material presente que los neutrones continúan colisionando con átomos fisibles y liberando más neutrones, generando energía y calor.

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Para usar material fisible en un arma nuclear, obviamente es importante que el material se mantenga por debajo de la masa crítica; de lo contrario, la bomba se detonaría de inmediato. Por lo general, dos piezas de material se mantienen separadas en la masa subcrítica, y cuando llega el momento de que la bomba se detonice, se unen muy duro y muy rápidamente. Luego crean una masa súper crítica, y la bomba explota. Si no se unen lo suficientemente rápidamente, entonces una explosión más pequeña ocurre primero y sopla las dos piezas más separadas, de modo que la gran explosión nunca ocurre, esto a menudo se conoce como una franja.

La masa crítica es diferentedependiendo del material que se usa. En el caso del uranio-233, la masa crítica es de aproximadamente 35 libras (15 kg). En el caso de uranio-235, la masa crítica es de aproximadamente 115 libras (52 kg). Y en el caso de Plutonio-239, la masa crítica es de aproximadamente 22 libras (10 kg). Esto puede parecer bastante, pero tenga en cuenta que estos materiales son extremadamente densos. Con la mayoría de los materiales nucleares, una esfera no mucho más grande que una pelota de béisbol alcanzará la masa crítica y causará una enorme explosión.