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[править | править код]
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 | Получение (источник) |
Период полураспада T½ |
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 | 68,9 лет | ? кг | 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 | 11 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 | 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 | ? кг | 13,51 | 1340 | ||
249Cf | Реактор | 351 год | 5,9 кг | 15,1 | 900 | ||
250Cf | Реактор | 13,08 лет | ? кг | 15,1 | 900 | ||
251Cf | Реактор | 898 лет | 5,5 кг | 15,1 | 900 | ||
252Cf | Реактор | 2,638 года | 2,73 кг | 15,1 | 900 |
Литература[править | править код]
- E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 // Pacific Northwest Laboratory, February 2010
Примечания[править | править код]
- ↑ Критическая масса — статья из Большой советской энциклопедии.
- ↑ Critical mass . Дата обращения: 7 января 2021. Архивировано 9 января 2021 года.
Ссылки[править | править код]
Для улучшения этой статьи желательно:
|