Критическая масса

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Плутониевый шар (макет), окружённый отражающими нейтроны блоками из карбида вольфрама. Реконструкция прибора 1945 года для определения критической массы

Критическая масса — в ядерной физике минимальное количество делящегося вещества, необходимое 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.

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.

Критический размер[править | править вики-текст]

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 Получение
(источник)
Период
полураспада

Критическая
масса
Плотность
г/см³
Темпе-
ратура
плавле-
ния °С
Тепловы-
деление
Вт/кг
Нейтроны
спонтанного
деления
105(кг·с)
231Pa Реактор 32760 лет 750±180 кг 15,37 1572
232U Реактор на быстрых нейтронах 68,9 лет 19,04 1134 8097
233U Реактор 159200 лет 15 кг 19,04 1134
235U Природный уран 7,038·108 лет 50 кг 19,04 1134
236U Реактор 2,3416·107 лет ? кг 19,04 1134
237Np Реактор 2,14·107 лет 57 кг 20,25 637 0,022 0
236Pu Реактор 2,9 лет 6—8 кг 19,84 639,7 18500 349
238Pu Реактор 87,7 лет 9,6—9,8 кг 19,84 639,7 568 26,6
239Pu Реактор 24100 лет 10 кг 19,84 639,7 1,92
240Pu Реактор 6500 лет 36,9 кг 19,84 639,7 7,1 9,1
241Pu Реактор 14,4 лет 13 кг 19,84 639,7 3,2 0
242Pu Реактор 380000 лет 83,4 кг 19,84 639,7 0,113 16,9
241Am Реактор 432 года 60 кг 13,67 1180 114 0,012
242mAm Реактор 152 года 3,78 кг 13,67 1180
243mAm Реактор 141 год 9,1 кг 13,67 1180 3,84 1,49
243Am Реактор 7400 лет 208,8 кг 13,67 1180 6,4 0,03
243Cm Реактор 28,5 лет 8,6 кг 13,51 1340 1900 0
244Cm Реактор 18,1 лет 27 кг 13,51 1340 2830 1,11
245Cm Реактор 8500 лет 9,2 кг 13,51 1340 5,7 0
246Cm Реактор 4730 лет 39—70,1 кг 13,51 1340
247Cm Реактор 1,56·107 лет 6,94—7,06 кг 13,51 1340
248Cm Реактор 340000 лет 13,51 1340
249Cf Реактор 351 год 5,9 кг 15,1
250Cf Реактор 13,08 лет 15,1
251Cf Реактор 898 лет 1,94 кг 15,1
252Cf Реактор 2,638 года 2,73 кг 15,1

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]