Критическая масса

Плутониевая сфера (макет), окруженная блоками, отражающих нейтроны с карбида вольфрама. Реконструкция устройства 1945 года для определения критической массы

Критическая масса - в ядерной физике минимальное количество делящегося вещества, необходимой для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления. Эффективный коэффициент размножения нейтронов в таком количестве вещества равна единице. Размеры, соответствующие критической массе, также называют критическими.

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

В ядерной энергетике параметр критической массы является выдающимся во время конструирования и расчетов различных приборов, использующих в своей конструкции изотопы или смеси изотопов элементов, способных в определенных условиях к ядерного деления с выделением колоссального количества энергии. Например, при проектировании мощных радиоизотопных генераторов в которых используется как топливо уран или трансурановые элементы, параметр критической массы ограничивает мощность такого прибора. В расчетах и ​​производстве ядерной и термоядерной 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.

Наименьшую критическую массу имеют растворы солей чистых нуклидов, делящихся в воде с водяным отражателем нейтронов. Для U 235 критическая масса равна 0,8 кг, для Pu 239 - 0.5 кг для Cf 251 - 10 г.


Критический размер

Критическая масса M связана с критической длиной l~ M \ sim l ^ {x} , Где x зависит от формы образца и находится в пределах от 2 до 3. Зависимости от формы связана с утечкой нейтронов через поверхность: чем больше поверхность, тем больше потери нейтронов и большая критическая масса. Минимальную критическую массу имеют образцы в форме шара.

Основные оценочные характеристики чистых изотопов, способных к ядерному делению:
Изотоп Получение (источник) Период полураспада T 1/2 Критическая масса Плотность г / см 3 Температура плавления ? С Тепловыделение Вт / кг Нейтроны спонтанного деления 10 5 (кг ? с)
231 Pa Реактор 32760 лет 750 ? 180 кг 15,37 1572
232 U Реактор 68,9 лет 19,04 1134 8097
233 U Реактор 159200 лет 15 кг 19,04 1134
235 U Реактор 7,038 ? 10 8 лет 45 кг 19,04 1134
236 U Реактор 2,3416 ? 10 7 лет ? кг 19,04 1134
237 Np Реактор 2,14 ? 10 7 лет 57 кг 20,25 637 0,022 0
236 Pu Реактор 2,9 года 6-8 кг 19,84 639,7 18500 349
238 Pu Реактор 87,7 лет 9,6-9,8 кг 19,84 639,7 568 26,6
239 Pu Реактор 24100 лет 10,1 кг 19,84 639,7 1,92
240 Pu Реактор 6500 36,9 кг 19,84 639,7 7,1 9,1
241 Pu Реактор 14,4 лет 13 кг 19,84 639,7 3,2 0
242 Pu Реактор 380000 лет 83,4 кг 19,84 639,7 0,113 16,9
241 Am Реактор 432 года 60 кг 13,67 1180 114 0,012
242m Am Реактор 152 года 3,78 кг 13,67 1180
243m Am Реактор 141 год 9,1 кг 13,67 1180 3,84 1,49
243 Am Реактор 7400 208,8 кг 13,67 1180 6,4 0,03
243 Cm Реактор 28,5 лет 8,6 кг 13,51 1340 1900 0
244 Cm Реактор 18,1 лет 27 кг 13,51 1340 2830 1,11
245 Cm Реактор 8500 9,2 кг 13,51 1340 5,7 0
246 Cm Реактор 4730 39-70,1 кг 13,51 1340
247 Cm Реактор 1,56 ? 10 7 лет 6,94-7,06 кг 13,51 1340
248 Cm Реактор 340000 лет 13,51 1340
249 Сf Реактор 351 год 5,9 кг 15,1
250 Сf Реактор 13,08 лет 15,1
251 Сf Реактор 898 лет 1,94 кг 15,1
252 Cf Реактор 2,638 года 2,73 кг 15,1