臨界質量とは何ですか？

臨界質量は、核物質について議論するときに出会う概念です。簡単に言えば、材料の臨界質量は、核反応が始まったら核反応を継続するために必要な量です。

さまざまな種類の核物質があり、1つのタイプは核分裂性物質として知られています。核分裂性物質は、始まったら反応を維持することができます。反応は維持できるため、材料は特定の目的に使用できます。これらの目的には、核兵器の作成、エネルギーを生成するための原子炉の作成が含まれます。最も広く使用されている核分裂材料は、ウラン-233、ウラン-235、およびプルトニウム239です。これらの3つの材料は、核分裂性材料の基準を満たし、適度に長い間滞在し、燃料を実用的に使用するのに十分な量で見つけることができます。

核反応のプロセスはやや複雑ですが、単に指数関数的に成長する反応として見ることができます。反応では、核分裂性物質の原子 - ウラン-235 - 中性子が過去に移動するときにキャプチャします。これにより、原子は2つの小さな原子に分割され、プロセスではさらに2つまたは3つの中性子が開始されます。その後、これらの中性子は飛び立ち、ウラン-235の他の原子によって捕獲され、それが分裂して2つまたは3つの中性子を送り出します。これらはすべて非常に少量の時間で起こり、膨大な量のエネルギーをリリースします。

臨界質量の概念は重要です。なぜなら、この反応が膨大な量のエネルギーを継続して放出するためには、それが継続できる十分な核分裂性物質が存在する必要があるからです。臨界質量が達成されない場合、存在する中性子は残業し、核反応は時間の経過とともにますます可能性が低くなります。厳密に言えば、臨界質量という用語は、十分な核分裂性物質が存在する平衡状態を説明するために使用されます中性子の量をほぼ同じに保ちますが、反応はそれ以上生成されません。しかし、多くの場合、臨界質量は、中性子が核分裂性原子と衝突し続け、より多くの中性子を放出し、エネルギーと熱を生成するのに十分な材料が存在する場合に、より正確に超クリティカル質量と呼ばれるものを説明するために使用されます。

核兵器で核分裂性物質を使用するには、材料を臨界質量以下に保つことが明らかに重要です。そうしないと、爆弾はすぐに爆発します。通常、2つの材料が亜臨界質量で離れて保たれ、爆弾を爆発させる時が来ると、それらは非常に硬く速く一緒に投げられます。その後、彼らは超クリティカルな塊を作り、爆弾は爆発します。それらが十分に速く一緒に投げられない場合、より小さな爆発が最初に起こり、2つのピースをさらに離れて吹き飛ばして、大きな爆発が起こらないようにします。これはしばしば魚と呼ばれます。

臨界質量は異なります使用されている材料に応じて。ウラン233の場合、臨界質量は約35ポンド（15kg）です。ウラン235の場合、臨界質量は約115ポンド（52kg）です。また、プルトニウム-239の場合、臨界質量は約22ポンド（10kg）です。これはかなりのように思えるかもしれませんが、これらの材料は非常に密集していることに留意してください。ほとんどの核材料では、野球よりもはるかに大きくない球体が臨界質量に達し、巨大な爆発を引き起こします。