Egy hasadóanyag kritikus tömege az a legkisebb mennyiség, amely nukleáris láncreakciót képes fenntartani. Nagysága függ a hasadóanyag magfizikai tulajdonságaitól (hasadási keresztmetszet), sűrűségétől, alakjától, dúsítási fokától, szennyezettségétől, hőmérsékletétől és a környezettől is.
A kritikusság magyarázata Amikor adott tömegű hasadóanyagban önfenntartó nukleáris láncreakció megy végbe, akkor azt kritikus állapotúnak nevezzük, ha nem változik a teljesítménye, hőmérséklete vagy neutronpopulációja.
A kritikus tömeg értéke a hatásos neutronsokszorozási tényezőtől függ, mely megadja az egy maghasadás során keletkező olyan neutronok átlagos számát, amelyek maguk is további maghasadást idéznek elő. Ha k = 1, a tömeg kritikus, és a láncreakció önfenntartó.
A szubkritikus tömeg nem elegendő a láncreakció fenntartására, ilyen esetben az egymást követő neutronpopulációk létszáma exponenciálisan csökken, k < 1.
A szuperkritikus tömegben, ha egyszer elindul a láncreakció, akkor az egyre gyorsuló ütemben fog végbemenni. Az anyag – magasabb hőmérsékleten vagy teljesítményszinten – vagy ismét egyensúlyba kerül (azaz újra kritikussá válik) vagy megsemmisül. Ilyenkor k > 1.
Gömb kritikus tömege
A legkisebb kritikus tömeghez és fizikai mérethez tartozó alak a gömbforma. Néhány aktinoida normális sűrűségéhez tartozó, csupasz gömbre megadott kritikus tömege az alábbi táblázatban látható.
Nuklid Felezési idő(év) Kritikus tömeg(kg) Átmérő(cm) Ref urán-233 159 200 15 11 Nuclear Weapons Design & Materials , The Nuclear Threat Initiative website. urán-235 703 800 000 52 17 neptúnium-236 154 000 7 8,7 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. neptúnium-237 2 144 000 60 18 Chapter 5, Troubles tomorrow? Separated Neptunium 237 and Americium, Challenges of Fissile Material Control (1999), isis-online.org plutónium-238 87,7 9,04–10,07 9,5–9,9 Updated Critical Mass Estimates for Plutonium-238, U.S. Department of Energy: Office of Scientific & Technical Information plutónium-239 24 110 10 9,9 plutónium-240 6561 40 15 plutónium-241 14,3 12 10,5 Amory B. Lovins, Nuclear weapons and power-reactor plutonium, Nature, Vol. 283, No. 5750, pp. 817–823, February 28, 1980 plutónium-242 375 000 75–100 19–21 amerícium-241 432,2 55–77 20–23 http://typhoon.tokai-sc.jaea.go.jp/icnc2003/Proceeding/paper/6.5_022.pdf Dias et al. amerícium-242m 141 9–14 11–13 amerícium-243 7370 180–280 30–35 kűrium-243 29,1 7,34–10 10–11 Hirshi Okuno and Hirumitsu Kawasaki, Technical Report, Critical and Subcritical Mass Calculations for Curium-243 to -247 , Japan National Institute of Informatics, Reprinted from Journal of Nuclear Science and Technology, Vol. 39, No. 10, p.1072–1085 (October 2002) kűrium-244 18,1 13,5–30 12,4–16 kűrium-245 8500 9,41–12,3 11–12 kűrium-246 4760 39–70,1 18–21 kűrium-247 15 600 000 6,94–7,06 9,9 berkélium-247 1380 75,7 11,8–12,2 Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire: "Evaluation of nuclear criticality safety. data and limits for actinides in transport", p. 16 berkélium-249 330 nap 192 16,1–16,6 kalifornium-249 351 6 9 kalifornium-251 900 5,46 8,5 kalifornium-252 2,6 2,73 6,9 Carey Sublette, Nuclear Weapons Frequently Asked Questions: Section 6.0 Nuclear Materials February 20, 1999 einsteinium-254 275,7 nap 9,89 7,1
Jegyzetek
Fordítás
Kategória:Fizika