Cos'è la massa critica?
La massa critica è un concetto che si incontra quando si discute di materiale nucleare. In breve, la massa critica di un materiale è la quantità necessaria per continuare una reazione nucleare una volta che è iniziata.
Esistono diversi tipi di materiali nucleari e un tipo è noto come materiale fissile. I materiali fissili sono in grado di sostenere una reazione una volta iniziata. Poiché la reazione può essere sostenuta, il materiale può essere utilizzato per determinati scopi. Questi scopi includono la fabbricazione di armi nucleari e la creazione di reattori per generare energia. I materiali fissili più utilizzati sono Uranium-233, Uranium-235 e Plutonium-239. Questi tre materiali soddisfano i criteri di un materiale fissile, rimangono in circolazione per un tempo ragionevolmente lungo e possono essere trovati in quantità sufficientemente grandi da rendere pratico il loro utilizzo come combustibile.
Il processo di una reazione nucleare è alquanto complesso, ma può essere considerato semplicemente come una reazione che cresce esponenzialmente. In una reazione, un atomo del materiale fissile - diciamo Uranio-235 - cattura un neutrone mentre passa. Questo fa sì che l'atomo si divida in due atomi più piccoli e nel processo si lancia due o tre più neutroni. Questi neutroni poi volano via e vengono catturati da altri atomi di Uranio-235, che a loro volta si dividono e inviano altri due o tre neutroni. Tutto ciò avviene in pochissimo tempo e rilascia enormi quantità di energia.
Il concetto di massa critica è importante, perché affinché questa reazione continui e rilasci enormi quantità di energia, deve esserci abbastanza materiale fissile per poter continuare. Se la massa critica non viene raggiunta, i neutroni presenti diminuiranno nel tempo, rendendo una reazione nucleare sempre meno probabile nel tempo. A rigor di termini, il termine massa critica è usato per descrivere lo stato di equilibrio in cui è presente abbastanza materiale fissile per mantenere la quantità di neutroni approssimativamente la stessa, ma la reazione non genera più. Spesso, tuttavia, viene utilizzata la massa critica per descrivere quella che viene chiamata più precisamente massa supercritica, quando è presente una quantità sufficiente di materiale che i neutroni continuano a scontrarsi con atomi fissili e rilasciano più neutroni, generando energia e calore.
Per usare materiale fissile in un'arma nucleare, è ovviamente importante che il materiale sia mantenuto al di sotto della massa critica, altrimenti la bomba esploderebbe immediatamente. Di solito due pezzi di materiale vengono separati a parte sotto massa critica, e quando è il momento di far esplodere la bomba, vengono lanciati insieme molto duramente e molto rapidamente. Quindi creano una massa super critica e la bomba esplode. Se non vengono lanciati insieme abbastanza rapidamente, allora si verifica prima un'esplosione più piccola che fa esplodere ulteriormente i due pezzi, in modo che la grande esplosione non si verifichi mai - questo è spesso indicato come un fizzle.
La massa critica varia a seconda del materiale utilizzato. Nel caso di Uranium-233, la massa critica è di circa 15 kg. Nel caso di Uranium-235, la massa critica è di circa 115 libbre (52 kg). E nel caso del Plutonio-239, la massa critica è di circa 10 kg. Potrebbe sembrare un bel po ', ma tieni presente che questi materiali sono estremamente densi. Con la maggior parte dei materiali nucleari, una sfera non molto più grande di una palla da baseball raggiungerà la massa critica e causerà un'esplosione enorme.