Co to jest masa krytyczna?
Masa krytyczna jest koncepcją, którą pojawia się podczas omawiania materiałów jądrowych. W skrócie, masa krytyczna materiału jest ilością potrzebną do kontynuowania reakcji jądrowej po rozpoczęciu.
Istnieją różne rodzaje materiałów jądrowych, a jeden typ jest znany jako materiał rozszczepialny. Materiały rozszczepialne są w stanie utrzymać reakcję po rozpoczęciu. Ponieważ reakcję można utrzymać, materiał można wykorzystać do określonych celów. Cele te obejmują wytwarzanie broni nuklearnej i tworzenie reaktorów w celu generowania energii. Najczęściej używanymi materiałami pieczonymi są uran-233, uran-235 i pluton-239. Te trzy materiały spełniają kryteria rozszczepialnego materiału, pozostają w pobliżu przez dość długi czas i można je znaleźć w wystarczająco dużych ilościach, aby używać ich do praktycznego paliwa.
Proces reakcji jądrowej jest nieco złożony, ale można go postrzegać po prostu jako reakcję, która rośnie wykładniczo. W reakcji atom materiału rozszczepionego-Powiedzmy Uran-235-oddaje neutron, gdy się przechodzi. Powoduje to, że atom dzieli się na dwa mniejsze atomy, aw tym procesie uruchamia dwa lub trzy kolejne neutrony. Te neutrony następnie odlatują i są schwytane przez inne atomy uranu-235, które z kolei podzieliły się i wysyłają dwa lub trzy kolejne neutrony. Wszystko to dzieje się w bardzo, bardzo niewielkim czasie i uwalnia ogromne ilości energii.
Pojęcie masy krytycznej jest ważna, ponieważ aby ta reakcja kontynuowała i uwolniła ogromne ilości energii, musi być wystarczająca ilość materiału szczelinowego, aby mogła kontynuować. Jeśli masa krytyczna nie zostanie osiągnięta, obecne neutrony spadną w nadgodzinach, co zmniejsza reakcję jądrową w czasie. Ściśle mówiąc, termin masa krytyczna jest używana do opisania stanu równowagi, w którym występuje wystarczająca ilość materiału szczelinowegoZachowaj ilość neutronów mniej więcej taką samą, ale reakcja nie generuje więcej. Często jednak masa krytyczna jest używana do opisania tego, co jest dokładniej nazywane masą superkrytyczną, gdy obecna jest wystarczająca ilość materiału, że neutrony nadal zderzają się z atomami rozszczepionymi i uwalniając więcej neutronów, generując energię i ciepło.
Aby użyć materiału rozszczepialnego w broni nuklearnej, oczywiście ważne jest, aby materiał był utrzymywany poniżej masy krytycznej - w przeciwnym razie bomba natychmiast detonowałaby. Zwykle dwa fragmenty materiału są rozdzielone na masie podkrytycznej, a kiedy nadszedł czas, aby bomba została zdetonowana, są one bardzo mocne i bardzo szybko. Następnie tworzą superkrytyczną masę, a bomba eksploduje. Jeśli nie zostaną wystarczająco szybko zrzucone, wówczas najpierw zdarza się mniejsza eksplozja i wysadza dwa elementy dalej, aby nigdy nie nastąpiła duża eksplozja - jest to często określane jako fizzle.
Masa krytyczna jest innaw zależności od zastosowanego materiału. W przypadku uranu-233 masa krytyczna wynosi około 35 funtów (15 kg). W przypadku uranu-235 masa krytyczna wynosi około 115 funtów (52 kg). Aw przypadku plutonu-239 masa krytyczna wynosi około 22 funtów (10 kg). Może się to wydawać trochę, ale pamiętaj, że te materiały są wyjątkowo gęste. W przypadku większości materiałów nuklearnych kula niewiele większa niż baseball osiągnie masę krytyczną i spowoduje ogromną eksplozję.