Критическая масса в ядерной физике — минимальная масса делящегося вещества, необходимая для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления. Коэффициент размножения нейтронов в таком количестве вещества немного больше единицы или равен единице. Более правильным является термин "критические условия", так как критическая масса зависит от нескольких факторов.
Когда количество вещества меньше критической массы, состояние называется подкритическим, на уровне критической массы - критическим, при превышении критической массы - сверхкритическим или надкритическим. В надкритических условиях идет быстро ускоряющаяся реакция деления с выделением тепла. Если вещество не удерживается специальными условиями атомной бомбы, оно нагревается до плавления или кипения и рассеивается, выходя из критических условий. При этом ядерного взрыва не возникает, хотя получается локальное радиоактивное заражение за счет разбрасывания радиоактивных веществ.
Критическая масса зависит:
от делящегося изотопа
от формы делящегося вещества
от наличия замедлителей нейтронов
от наличия отражателей нейтронов
от чистоты делящегося вещества
Не все радиоактивные изотопы способны поддерживать самоподдерживающуюся цепную реакцию деления. Все изотопы тория, уран-232, уран-234, уран-236, уран-238 не дают самоподдерживающуюся реакцию деления ни в каких условиях. Плутоний-238, плутоний-240, плутоний-242, америций-241, америций-243, кюрий-244, калифорний-250, калифорний-252 делятся только быстрыми нейтронами.
Критическая масса для шара минимальна, для куба она больше в 1,24 раза, для цилиндра, где диаметр равен высоте - в 1,15 раза.
Типичные критические массы:
U-233 100% в виде металлического шара без отражателя = 17 кг
U-233 100% в виде водного раствора солей без отражателя = 1,2 кг
U-235 с обогащением 93,5% в виде металлического шара без отражателя = 52 кг
U-235 с обогащением 50% в виде металлического шара без отражателя = 160 кг
U-235 с обогащением 20% в виде металлического шара без отражателя = 800 кг
U-235 с обогащением 93,5% в виде металлического шара с отражателем из оксида бериллия = 8,9 кг
U-235 с обогащением 94% в виде шара из UO2 без отражателя = 110 кг
U-235 в виде раствора солей в воде с водяным отражателем = 0,8 кг
U-235 с обогащением 95% в виде UO2, взвесь в воде = 0,79 кг
U-235 с обогащением 40% в виде UO2, взвесь в воде = 2,2 кг
U-235 с обогащением 20% в виде UO2, взвесь в воде = 4,9 кг
U-235 с обогащением 10% в виде UO2, взвесь в воде = 11,7 кг
U-235 с обогащением 5% в виде UO2, взвесь в воде = 32,5 кг
U-235 с обогащением 3% в виде UO2, взвесь в воде = 88 кг
Pu-238 в виде металлического шара с полным отражателем = 7,8 кг
Pu-238 в виде металлического шара без отражателя = 15,0 кг
Pu-239 в альфа-форме в виде металлического шара без отражателя = 10 кг
Pu-239 с чистотой 94% в виде шара из PuO2 без отражателя = 35 кг
Pu-239 в виде раствора солей 33 г/л в воде с водяным отражателем = 0,509 кг
Cf-251 в виде раствора солей в воде с водяным отражателем = 0,01 кг
В природном уране, при наличии замедлителей (например, графита), также можно вызвать самоподдерживающуюся цепную реакцию деления при критической массе несколько сотен тонн.
Разное