Критична маса

Из Википедије, слободне енциклопедије
Disambig.svg
За остале употребе, погледајте чланак Критична маса (бициклизам).
Као део реконструкције инцидента критичности из 1945, плутонијумски отвор је окружен блоковима неутрон-рефлективног тунгстен карбида. Оригинални експеримент је био дизајниран да мери радијацију произведену кад се један екстра блок дода. Уместо тога, маса је постала суперкритична.

Критична маса је најмања количина фисионог материја потребна за одржавање нуклеарне ланчане реакције. Критична маса фисионог материјал зависи од његових нуклеарних карактеристика, на пример пропречни пресек нуклеарне фисије, густине, облика и обогаћења.

Објашњење критичности[уреди]

Термин критичност односи се на равнотежни став фисионе реакције, када не долази до повећања снаге, температуре или броја неутрона. Нумеричко налажење критичне масе зависи од фактора k. Овај фактор представља просечан број неутрона који могу даље да изазову фисиону реакцију. Део неутрона се губи паразитном апсоропцијом или једноставно напуштају систем. Када је k = 1 маса је критична.

  • Подкритична маса је маса фисионог материјала која не може да одржава фисиону реакцију. Број неутрона који се ослобађају у подкритичном систему се временом смањује. У овом случају, k < 1.
  • Надкритична маса је она у којој долази до повећања брзине настанка фисије, све док природни повратни механизам не доведе до настанка равнотежног става (i. e. бити критичан). У овом случају, k > 1.

Критична маса голе сфере[уреди]

Врх: Сфера фисионог материјала је превише мала да би омогућила ланчаној реакцији да постане само-одржавајући, пошто неутрони генерисани фисијом могу сувише лако да побегну.

Средина: Повећањем масе сфере до критичне масе, реакција може да постане само-одржавајућа.

Дно: Окруживање оригиналне сфере са неутронским рефлектором повећава се ефикасност реакције и такође се омогућава да реакција постане само-одржавајућа.

Облик са минималном критичном масом и најмањим физичким димензијама је сфера. Критичне масе голе сфере нормалне густине актиноида су дате у следећој табели.

Нуклид Критична маса
(kg)
Дијаметар
(cm)
Ref
Протактинијум-231 750±180? 45±3?
Уранијум-233 15 11 [1]
Уранијум-235 52 17 [1]
Нептунијум-236 7 8.7 [2]
Нептунијум-237 60 18 [3]
Плутонијум-238 9.04–10.07 9.5-9.9 [4]
Плутонијум-239 10 9.9 [1][4]
Плутонијум-240 40 15 [1]
Плутонијум-241 12 10.5 [5]
Плутонијум-242 75–100 19-21 [5]
Америцијум-241 55–77 20-23 [6]
Америцијум-242 9–14 11-13 [6]
Америцијум-243 180–280 30-35 [6]
Киријум-243 7.34–10 10-11 [7]
Киријум-244 (13.5)–30 (12.4)–16 [7]
Киријум-245 9.41–12.3 11-12 [7]
Киријум-246 39–70.1 18-21 [7]
Киријум-247 6.94–7.06 9.9 [7]
Калифорнијум-249 6 9 [2]
Калифорнијум-251 5 8.5 [2]

Мењање тачке критичности[уреди]

Тачка, односно маса, где долази до настанка критичности може да се мења променом одређених атрибута као што су гориво, температура, густина, или инсталацијом рефлектора неутрона.

  • Промена количине горива

Могуће је да конструкција буде критична и при нултој снази. Реализација оваквог става омогућена је када се у систему налази тачна количина горива а систем је уједно подкритичан. Када је додата презицно одређена количина горива може да се створи тачна критична маса у подкритичном систему, што би довело до одржавања фисионе реакције целу једну генерацију неутрона. Уколико је ова прецизно одређена маса додата у мало подкритичну масу, ствара се једва надкритична масал, температура конструкције се повећава до свог максимума, а затим би се смањила на собну температуру, зато што је гориво које је додато потпуно апсорбовано и систем се сам враћа у подкритично стање.

  • Промена температуре и густине масе

када је конструкција у тачно критичном стању, маса ће загревањем на собној температури постати подкритична, а уколико дође до њеног хлађења, постаће надкритична. Фисија се смањује при повећању темепратуре горива. Ова особина се назива негативни коефицијент реактивности. Иста особина важи и када дође до повећања односно смањења густине горива.

  • Употреба рефлектора

Окружујући сферну критичну масу са рефлектором неутрона директно смањујемо потребну масу за достизање критичности. Добар рефлектор је берилијум. Он омогућава да се неутрони, који би за даље иницирање реакције били изгубљени, били враћени до система. Рефлектором је повећана могућност судара неутрона.

Види још[уреди]

Извори[уреди]

  1. ^ а б в г Nuclear Weapons Design & Materials, The Nuclear Threat Initiative website.
  2. ^ а б в Final Report, Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport, Republic of France, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Département de Prévention et d'étude des Accidents.
  3. ^ Chapter 5, Troubles tomorrow? Separated Neptunium 237 and Americium, Challenges of Fissile Material Control (1999), isis-online.org
  4. ^ а б Updated Critical Mass Estimates for Plutonium-238, U.S. Department of Energy: Office of Scientific & Technical Information
  5. ^ а б Amory B. Lovins, Nuclear weapons and power-reactor plutonium, Nature, Vol. 283, No. 5750, pp. 817-823, February 28, 1980
  6. ^ а б в G. S. Karapetyan, A. R. Balabekyan, N. A. Demekhina and J. Adam. „Multimode approach to 241Am and 237Np fission induced by 660-MeV protons“. Physics of Atomic Nuclei 72 (6): 911-916. DOI:10.1134/S1063778809060027. 
  7. ^ а б в г д Hirshi Okuno and Hirumitsu Kawasaki (October 2002). „Technical Report, Critical and Subcritical Mass Calculations for Curium-243 to -247,“. Journal of Nuclear Science and technology (Japan National Institute of Informatics) 39 (10): 1072-1085.