Masa krytyczna
Z Wikipedii
Masa krytyczna materiału rozszczepialnego, to taka jego minimalna masa, że reakcja rozszczepienia przebiega w sposób łańcuchowy, czyli każde jedno rozszczepienie jądra atomowego inicjuje dokładnie jedno następne rozszczepienie. W masie mniejszej od masy krytycznej reakcja zainicjowana rozszczepieniem spontanicznym zaniknie, w masie większej od masy krytycznej reakcja będzie przebiegała w sposób lawinowy, tzn. jedno rozszczepienie wywoła więcej niż jedno rozszczepienie.
W materiale rozszczepialnym reakcja rozszczepienia może zajść w wyniku samorzutnego rozszczepienia jądra atomowego. W wyniku tego aktu rozszczepienia emitowane jest kilka neutronów; Część z tych neutronów opuści materiał, część zostanie pochłonięta przez jądra nie ulegające rozszczepieniu, a niektóre wywołają rozszczepienie następnego jądra.
Konkretna wartość masy krytycznej dla danego materiału rozszczepialnego zależy od jego składu pierwiastkowego, kształtu całej próbki oraz warunków, w których zachodzi ewentualna reakcja. W przypadku kuli otoczonej dodatkowo ekranem odbijającym większość uwalnianych neutronów, masa ta wynosi dla czystego izotopu uranu 235 - 52 kg, zaś dla plutonu 239 jest to 10 kg.
Orientacyjne wartości masy krytycznej materiału ułożonego w kształcie kuli nie otoczonej substancją odbijającą neutrony dla wybranych izotopów:
- uran-233: 16 kg
- uran-235: 52 kg
- neptun-237: 60k g
- pluton-239: 10 kg
- pluton-240: 40 kg
- pluton-242: 100 kg
- ameryk-241: 60-100 kg
- ameryk-242: 9-18 kg
- ameryk-243: 50-150 kg
- kiur-245: 12 kg
- kiur-246: 70 kg
- kiur-247: 7 kg
- kaliforn-251: 9 kg
Nieprawdą jest pospolicie głoszony pogląd, że "reakcja rozszczepienia zachodzi dla masy równej lub większej masie krytycznej", jeżeli masa jest mniejsza od masy krytycznej każde rozszczepienie spontaniczne może wywołać kilka, kilkanaście a może i więcej rozpadów wymuszonych pochłonięciem neutronów, ale w końcu dojdzie do sytuacji, że wszystkie neutrony uciekną z materiału rozszczepialnego lub zostaną pochłonięte przez nierozszczepialne jądra.
W reaktorach jądrowych tworzy się układ pracujący w układzie zbliżonym do masy krytycznej, umieszczając w reaktorze znacznie większą masę materiału rozszczepialnego niż jego masa krytyczna, regulację uzyskuje się przez wsuwanie do wnętrza reaktora prętów regulacyjnych wykonanych z materiałów pochłaniających neutrony.
W wyniku umieszczenia w jednym miejscu masy większej niż masa krytyczna reakcja będzie przebiegać w sposób lawinowy, co pociągnie za sobą wydzielenie olbrzymich ilości energii, która spowoduje rozprzestrzenienie się reagujących materiałów i zatrzymanie reakcji rozszczepienia. Na tej zasadzie działa bomba atomowa.
