Физика. Критическая масса.

Question

Объясните, пожалуйста, что такое критическая масса (Ядерная физика) , кроме того, что это масса достаточная для цепной реакции. Например, что происходит, когда мы привышаем критическую массу урана-235? Почему цепная реакция идет только после определенной массы вещества, а при меньшей не идёт?

Answer 1

Наличие критической массы связано с рядом обстоятельств:
1. Часть нейтронов деления покидает объем делящегося вещества, не вызывая деления других ядер.
2. С уменьшением площади поверхности делящегося вещества, приходящейся на единицу его объема, доля нейтронов, покидающих объем делящегося вещества, уменьшается.
3. Из всех геометрических тел, имеющих одинаковый объем, наименьшую площадь поверхности имет шар, поэтому наиболе целесобразно применение ядерных зарядов сферической формы.
4. Отношение площади поверхности шара к его объему уменьшается с увеличением радиуса шара.
5. При малых размерах шарового заряда, когда отношение площади поверхности к его объему велико, потери нейтронов значительны и самоподерживающаяся реакция деления невозможна. Такое состояние называют подкритическим.
6. С увеличением объема сферического заряда, относительные потери нейтронов уменьшаются и при определенной величине массы, называемой критической, нейтроны деления начинают подерживать саморазвивающуюся ядерную реакцию. Такое состояние делящегося вещества называют критическим.
7. При дальнейшем увеличении массы и объема сферического заряда, относительные потери нейтронов снижаются до такой степени, что скорость реакции деления начинает лавинобразно возрастать. Такое состояние делящегося вещества называют надкритическим.

Критическую массу можно уменьшить:
1. Уменьшив количество примесей в делящемся веществе.
2. Используя средства отражения нейтронов деления в зону реакции.
3. Увеличив плотность делящегося вещества путем детонации взрывчатых веществ при переводе ядерного заряда в надкритическое состояние (заряд ИМПЛОЗИВНОГО ТИПА) . При этом критическая масса будет уменьшаться обратно пропорционально квадрату плотности делящегося вещества.

Answer 2

Для цепной реакции нужно, чтобы один распад неизбежно приводил к другим распадам. Если массы недостаточно, то вероятность, что нейтроны, образовавшиеся в результате деления, угодят в другие ядра урана, мала, и цепной реакции не происходит. Если же масса достигает критической, то вероятность такого столкновения растёт, пока почти каждый нейтрон неизбежно не влупится в другое ядро урана, вот тебе и цепная реакция. На эту величину можно влиять, например, направля нейтроны, покинувшие образец, обратно в уран, увеличивая вероятность такого столкновения, или обогащая образец. При меньшей массе распад всё равно идёт, но не приобретает лавинобразный характер.