Kritik Kütle Nedir?

Kritik kütle nükleer maddeyi tartışırken karşılaşılan bir kavramdır. Kısaca, bir maddenin kritik kütlesi, başladıktan sonra nükleer reaksiyonu sürdürmesi için gereken miktardır.

Farklı tipte nükleer materyaller vardır ve bir tip fissile materyal olarak bilinir. Kırılabilir malzemeler başladıktan sonra reaksiyonu devam ettirebilir. Reaksiyon sürdürülebildiğinden, malzeme belirli amaçlar için kullanılabilir. Bu amaçlar arasında nükleer silah yapımı ve enerji üretmek için reaktörler oluşturulması yer alıyor. En yaygın kullanılan fissile malzemeler Uranyum-233, Uranyum-235 ve Plutonyum-239'dur. Bu üç malzeme parçalanabilir bir malzemenin ölçütlerini karşılar, oldukça uzun süre bekletilir ve bunları yakıt için pratik yapmak için yeterince büyük miktarlarda bulunabilir.

Bir nükleer reaksiyon süreci biraz karmaşıktır, ancak basitçe katlanarak büyüyen bir reaksiyon olarak görülebilir. Bir reaksiyonda, bölünebilir malzemenin bir atomu - diyelim ki Uranyum-235 - geçerken bir nötronu yakalar. Bu, atomun iki küçük atoma bölünmesine neden olur ve işlemde iki veya daha fazla nötron fırlatılır. Bu nötronlar daha sonra uçarlar ve diğer iki atom tarafından yakalanırlar ve bunlar iki ya da üç nötronu daha da böler ve gönderir. Tüm bunlar çok, çok küçük bir sürede gerçekleşir ve çok büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

Kritik kütle kavramı önemlidir, çünkü bu tepkimenin devam etmesi ve çok miktarda enerji açığa çıkarması için devam edebilmesi için yeterli miktarda parçalanabilir malzeme bulunması gerekir. Kritik kütleye ulaşılmazsa, mevcut nötronlar fazla mesai azaltacak ve zaman içinde nükleer reaksiyonu daha az ve daha az muhtemel hale getirecektir. Açıkça konuşursak, kritik kütle terimi, nötron miktarını kabaca aynı tutacak kadar çatlak halinde bulunan malzemenin bulunduğu dengeyi tanımlamak için kullanılır, ancak reaksiyon daha fazla üretmez. Bununla birlikte, çoğu zaman kritik kütle, süper kritik kütle olarak adlandırılan şeyi daha doğru tanımlamak için kullanılır; malzemenin, nötronların fissil atomlarla çarpışmaya devam etmesi ve daha fazla nötron bırakarak enerji ve ısı üretmeye devam etmesi yeterli olduğunda.

Nemli bir silahta fissile materyali kullanmak için materyalin kritik kütlenin altında tutulması önemlidir - aksi takdirde bomba derhal patlar. Genellikle iki parça malzeme kritik alt kütlede ayrı tutulur ve bombanın patlaması zamanı geldiğinde çok sert ve çok hızlı bir şekilde birlikte atılırlar. Daha sonra süper kritik bir kütle yaratırlar ve bomba patlar. Yeterince hızlı bir şekilde birlikte atılmazlarsa, o zaman önce daha küçük bir patlama olur ve iki parçayı birbirinden ayırır, böylece büyük patlama asla gerçekleşmez - bu genellikle bir gazla olarak adlandırılır.

Kritik kütle, kullanılan malzemeye bağlı olarak farklılık gösterir. Uranyum-233 durumunda, kritik kütle yaklaşık 35 pound'dur (15kg). Uranyum-235 durumunda, kritik kütle yaklaşık 115 pound'dur (52kg). Plütonyum-239 durumunda kritik kütle yaklaşık 22 pound'dur (10kg). Bu biraz gibi görünebilir, ancak bu malzemelerin oldukça yoğun olduğunu unutmayın. Nükleer malzemelerin çoğunda, beyzboldan çok büyük olmayan bir küre kritik kütleye ulaşacak ve büyük bir patlamaya neden olacaktır.