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.
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
Критическая масса связана с критической длиной : , 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.
| 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
- E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 // Pacific Northwest Laboratory, February 2010
Примечания
- ↑ Критическая масса — статья из Большой советской энциклопедии.
- ↑ Critical mass. Дата обращения: 20 октября 2023. Архивировано 9 января 2021 года.
