Interested Article - Критическая масса

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

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 ), 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 ²³⁵ U критическая масса такого раствора равна 0,8 кг, для ²³⁹ Pu — 0,5 кг, для некоторых солей ²⁵¹ Cf — 10 г .

Критический размер

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