Критическая масса

Критическая масса — в ядерной физике минимальная масса делящегося вещества, необходимая для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления. Коэффициент размножения нейтронов в таком количестве вещества больше единицы или равен единице. Размеры, соответствующие критической массе, также называют критическими. При массе больше критической цепная реакция может (при соответствующих условиях) лавинообразно ускоряться, что приводит к ядерному взрыву.

Плутониевый шар (макет), окружённый отражающими нейтроны блоками из карбида вольфрама. Реконструкция прибора 1945 года для определения критической массы

Величина критической массы зависит от свойств вещества (таких, как сечения деления и радиационного захвата), от плотности, количества примесей, формы изделия, а также от окружения. Например, наличие отражателей нейтронов может сильно уменьшить критическую массу.

В ядерной энергетике параметр критической массы является определяющим при конструировании и расчётах самых разнообразных устройств, использующих в своей конструкции различные изотопы или смеси изотопов элементов, способных в определенных условиях к ядерному делению с выделением колоссального количества энергии. Например, при проектировании мощных радиоизотопных генераторов, в которых используются в качестве топлива уран и ряд трансурановых элементов, параметр критической массы ограничивает мощность такого устройства. При расчётах и производстве ядерного и термоядерного оружия параметр критической массы существенным образом влияет как на конструкцию взрывного устройства, так и на его стоимость и сроки хранения. В случае проектирования и строительства атомного реактора, параметры критической массы также ограничивают как минимальные, так и максимальные размеры будущего реактора.

Наименьшей критической массой обладают растворы солей чистых делящихся нуклидов в воде с водяным отражателем нейтронов. Для ²³⁵U критическая масса такого раствора равна 0,8 кг, для ²³⁹Pu — 0,5 кг, для некоторых солей ²⁵¹Cf — 10 г^[1].

Критический размер править

Критическая масса $M$ связана с критической длиной $l$ $M\sim l^{x}$ , где x зависит от формы образца и лежит в пределах от 2 до 3. Зависимость от формы связана с утечкой нейтронов через поверхность: чем больше поверхность, тем больше критическая масса. Образец с минимальной критической массой имеет форму шара.

Основные оценочные характеристики чистых изотопов, способных к ядерному делению
Изотоп	Период полураспада T½, лет	Критическая масса, кг^[2]	Тепловы- деление Вт/кг	Нейтроны спонтанного деления 10⁵(кг·с)	Темпе- ратура плавле- ния °С	Плотность г/см³
²³¹Pa	32 760	750±180			1572	15,37
²³²U	68,9	?	8097		1134	19,04
²³³U	159 200	15,8
²³⁵U	7,038⋅10⁸	46,7
²³⁶U	2,3416⋅10⁷	?
²³⁷Np	2,14⋅10⁷	63,6	0,022	0	637	20,25
²³⁶Pu	2,9	6—8	18500	349	639,7	19,84
²³⁸Pu	87,7	9,5	568	26,6
²³⁹Pu	24 100	10	1,92
²⁴⁰Pu	6500	35,7	7,1	9,1
²⁴¹Pu	14,4	12,3	3,2	0
²⁴²Pu	380 000	83,4	0,113	16,9
²⁴¹Am	432	57,6	114	0,012	1180	13,67
^242mAm	141	9,1	3,84	1,49
²⁴³Am	7400	208,8	6,4	0,03
²⁴³Cm	28,5	8,4	1900	0	1340	13,51
²⁴⁴Cm	18,1	26,6	2830	1,11
²⁴⁵Cm	8500	9,1	5,7	0
²⁴⁶Cm	4730	39—70,1
²⁴⁷Cm	1,56⋅10⁷	6,9
²⁴⁸Cm	340 000	?
²⁴⁹Cf	351	5,9			900	15,1
²⁵⁰Cf	13,08	?
²⁵¹Cf	898	5,5
²⁵²Cf	2,638	2,73

Литература править

E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 // Pacific Northwest Laboratory, February 2010

Примечания править

↑ Критическая масса — статья из Большой советской энциклопедии.
↑ Critical mass (неопр.). Дата обращения: 20 октября 2023. Архивировано 9 января 2021 года.

Ссылки править

https://web.archive.org/web/20131228063554/http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/criticalmass.htm

[1] Критическая масса — статья из Большой советской энциклопедии.

[2] Critical mass (неопр.). Дата обращения: 20 октября 2023. Архивировано 9 января 2021 года.

[1]

[2]