Hva er kritisk masse?

Kritisk masse er et konsept man kommer over når du diskuterer kjernemateriale. I korte trekk er den kritiske massen av et materiale mengden som trengs for at det skal fortsette en kjernefysisk reaksjon når den har begynt.

Det er forskjellige typer kjernefysiske materialer, og en type er kjent som et spissilt materiale. Fissile materialer er i stand til å opprettholde en reaksjon når den har begynt. Siden reaksjonen kan opprettholdes, kan materialet brukes til visse formål. Disse formålene inkluderer å lage atomvåpen, og skape reaktorer for å generere energi. De mest brukte fissile materialene er uran-233, uran-235 og plutonium-239. Disse tre materialene oppfyller kriteriene for et fisjonerbart materiale, hold deg rundt i rimelig lang tid, og kan finnes i tilstrekkelig store mengder til å gjøre dem ved å bruke dem til drivstoff praktisk.

Prosessen med en kjernefysisk reaksjon er noe kompleks, men det kan sees på bare som en reaksjon som vokser eksponentielt. I en reaksjon, et atom av fissilmaterialet-La oss si uran-235-fanger et nøytron når det beveger seg forbi. Dette får atomet til å dele seg i to mindre atomer, og i prosessen lanserer to eller tre flere nøytroner. Disse nøytronene flyr deretter av og blir fanget av andre atomer i uran-235, som igjen splittet og sender av to eller tre flere nøytroner. Alt dette skjer på en veldig, veldig liten tid, og frigjør enorme mengder energi.

Konseptet med kritisk masse er viktig, fordi for at denne reaksjonen skal fortsette og frigjøre enorme mengder energi, må det være nok fissilt materiale til stede til at det kan fortsette. Hvis kritisk masse ikke oppnås, vil nøytronene som er tilstedeværende reduseres overtid, noe som gjør en kjernefysisk reaksjon mindre og mindre sannsynlig over tid. Strengt tatt brukes begrepet kritisk massHold mengden nøytroner omtrent den samme, men reaksjonen genererer ikke mer. Ofte brukes imidlertid kritisk masse for å beskrive det som mer nøyaktig kalles superkritisk masse, når nok av materialet er til stede til at nøytroner fortsetter å kollidere med spissile atomer og frigjøre flere nøytroner, generere energi og varme.

For å bruke fissilt materiale i et atomvåpen, er det åpenbart viktig at materialet holdes under kritisk masse - ellers vil bomben detonere umiddelbart. Vanligvis holdes to materialstykker fra hverandre ved subkritisk masse, og når det er tid for bomben å bli detonert, blir de kastet veldig hardt sammen og veldig raskt. De lager deretter en superkritisk masse, og bomben eksploderer. Hvis de ikke blir kastet sammen raskt nok, skjer en mindre eksplosjon først og blåser de to stykkene lenger fra hverandre, slik at den store eksplosjonen aldri oppstår - dette blir ofte referert til som en fizzle.

Kritisk masse er annerledesavhengig av materialet som brukes. Når det gjelder uran-233, er den kritiske massen omtrent 15 kg. Når det gjelder uran-235, er den kritiske massen omtrent 115 pund (52 kg). Og for plutonium-239 er den kritiske massen omtrent 22 pund. Dette kan virke som ganske mye, men husk at disse materialene er ekstremt tette. Med de fleste kjernefysiske materialer vil en sfære som ikke er mye større enn en baseball nå kritisk masse, og forårsake en enorm eksplosjon.