Ποια είναι η ελάχιστη μάζα ενός σχισμένου ισότοπου σε ποιο πυρηνικό αλυσιδωτό αντίδραση μπορεί να συμβεί;
Τα νετρόνια απαιτούνται για τη διατήρηση μιας πυρηνικής αλυσιδωτής αντίδρασης. Όταν ένα νετρόνιο χτυπά έναν θραύση πυρήνα, μπορεί να χωρίσει τον πυρήνα σε δύο μικρότερους πυρήνες, απελευθερώνοντας πρόσθετα νετρόνια και ενέργεια. Αυτά τα νεογέννητα νετρόνια μπορούν στη συνέχεια να διαχωρίσουν άλλους πυρήνες, δημιουργώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση.
Για να συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση, πρέπει να υπάρχει αρκετό σχάσιλο υλικό για να διασφαλιστεί ότι τα νετρόνια που παράγονται από κάθε συμβάν σχάσης θα προκαλέσουν κατά μέσο όρο τουλάχιστον μία επιπλέον σχάση. Εάν υπάρχει πολύ μικρό υλικό, πάρα πολλά νετρόνια θα ξεφύγουν από το δείγμα και η αλυσιδωτή αντίδραση δεν θα διατηρηθεί.
Η κρίσιμη μάζα για ένα συγκεκριμένο σχάσιμο ισότοπο καθορίζεται από διάφορους παράγοντες, όπως:
- ισότοπο: Τα διαφορετικά ισότοπα σχάσιων έχουν διαφορετικές κρίσιμες μάζες. Για παράδειγμα, η κρίσιμη μάζα του ουρανίου-235 είναι περίπου 52 κιλά, ενώ η κρίσιμη μάζα του πλουτώνιου-239 είναι περίπου 10 κιλά.
- Φυσική μορφή: Η φυσική μορφή του σχάσιου υλικού επηρεάζει επίσης την κρίσιμη μάζα. Μια συμπαγής σφαίρα ή κύλινδρος από σχάσιμο υλικό έχει μικρότερη κρίσιμη μάζα από την ίδια ποσότητα υλικού που απλώνεται σε ένα λεπτό στρώμα.
- περιβάλλον περιβάλλον: Το περιβάλλον περιβάλλον μπορεί επίσης να επηρεάσει την κρίσιμη μάζα. Για παράδειγμα, η παρουσία ενός ανακλαστήρα νετρονίων, όπως το νερό ή το βηρύλλιο, μπορεί να μειώσει την κρίσιμη μάζα μιας σχισμής.
Η κρίσιμη μάζα αποτελεί σημαντικό θέμα στο σχεδιασμό πυρηνικών αντιδραστήρων και πυρηνικών όπλων. Σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, το σχάσιμο υλικό ελέγχεται προσεκτικά για να διασφαλιστεί ότι η αλυσιδωτή αντίδραση διατηρείται χωρίς να εξαλείφει τον έλεγχο. Σε ένα πυρηνικό όπλο, το σχίσιμο υλικό συγκεντρώνεται γρήγορα για να επιτευχθεί μια κρίσιμη μάζα, η οποία προκαλεί μια πυρηνική έκρηξη.
