Kritikus tömeg (fizika)

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

Egy hasadóanyag kritikus tömege az a legkisebb mennyiség, amely nukleáris láncreakciót képes fenntartani. Nagysága függ a hasadóanyag magfizikai tulajdonságaitól (hasadási keresztmetszet), sűrűségétől, alakjától, dúsítási fokától, szennyezettségétől, hőmérsékletétől és a környezettől is.

A kritikusság magyarázata[szerkesztés]

Amikor adott tömegű hasadóanyagban önfenntartó nukleáris láncreakció megy végbe, akkor azt kritikus állapotúnak nevezzük, ha nem változik a teljesítménye, hőmérséklete vagy neutronpopulációja.

A kritikus tömeg értéke a k hatásos neutronsokszorozási tényezőtől függ, mely megadja az egy maghasadás során keletkező olyan neutronok átlagos számát, amelyek maguk is további maghasadást idéznek elő. Ha k = 1, a tömeg kritikus, és a láncreakció önfenntartó.

A szubkritikus tömeg nem elegendő a láncreakció fenntartására, ilyen esetben az egymást követő neutronpopulációk létszáma exponenciálisan csökken, k < 1.

A szuperkritikus tömegben, ha egyszer elindul a láncreakció, akkor az egyre gyorsuló ütemben fog végbemenni. Az anyag – magasabb hőmérsékleten vagy teljesítményszinten – vagy ismét egyensúlyba kerül (azaz újra kritikussá válik) vagy megsemmisül. Ilyenkor k > 1.

Gömb kritikus tömege[szerkesztés]

Felül: A gömb formájú hasadóanyag túl kicsi a láncreakció fenntartásához, mivel a hasadás során keletkező neutronok könnyen kilépnek az anyagból

Középen: A gömb méretét a kritikus tömegre növelve a láncreakció önfenntartóvá válik

Alul: Az eredeti gömböt neutron reflektorral körülvéve nő a reakció hatásfoka, és lehetővé válik az önfenntartó láncreakció

A legkisebb kritikus tömeghez és fizikai mérethez tartozó alak a gömbforma. Néhány aktinoida normális sűrűségéhez tartozó, csupasz gömbre megadott kritikus tömege az alábbi táblázatban látható.

Nuklid Felezési idő
(év)
Kritikus tömeg
(kg)
Átmérő
(cm)
Ref
urán-233 159 200 15 11 [1]
urán-235 703 800 000 52 17 [1]
neptúnium-236 154 000 7 8,7 [2]
neptúnium-237 2 144 000 60 18 [3][4]
plutónium-238 87,7 9,04–10,07 9,5–9,9 [5]
plutónium-239 24 110 10 9,9 [1][5]
plutónium-240 6561 40 15 [1]
plutónium-241 14,3 12 10,5 [6]
plutónium-242 375 000 75–100 19–21 [6]
amerícium-241 432,2 55–77 20–23 [7]
amerícium-242m 141 9–14 11–13 [7]
amerícium-243 7370 180–280 30–35 [7]
kűrium-243 29,1 7,34–10 10–11 [8]
kűrium-244 18,1 13,5–30 12,4–16 [8]
kűrium-245 8500 9,41–12,3 11–12 [8]
kűrium-246 4760 39–70,1 18–21 [8]
kűrium-247 15 600 000 6,94–7,06 9,9 [8]
berkélium-247 1380 75,7 11,8–12,2 [9]
berkélium-249 330 nap 192 16,1–16,6 [9]
kalifornium-249 351 6 9 [2]
kalifornium-251 900 5,46 8,5 [2]
kalifornium-252 2,6 2,73 6,9 [10]
einsteinium-254 275,7 nap 9,89 7,1 [9]

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. a b c d Nuclear Weapons Design & Materials Archiválva 2010. november 5-i dátummal a Wayback Machine-ben, The Nuclear Threat Initiative website. Archiválva 2011. február 25-i dátummal a Wayback Machine-benSablon:Verify credibility
  2. a b c Final Report, Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport, Republic of France, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Département de Prévention et d'étude des Accidents.
  3. Chapter 5, Troubles tomorrow? Separated Neptunium 237 and Americium, Challenges of Fissile Material Control (1999), isis-online.org
  4. http://www.lanl.gov/news/index.php?fuseaction=home.story&story_id=1348Sablon:Citation broken
  5. a b Updated Critical Mass Estimates for Plutonium-238, U.S. Department of Energy: Office of Scientific & Technical Information
  6. a b Amory B. Lovins, Nuclear weapons and power-reactor plutonium, Nature, Vol. 283, No. 5750, pp. 817–823, February 28, 1980
  7. a b c http://typhoon.tokai-sc.jaea.go.jp/icnc2003/Proceeding/paper/6.5_022.pdf Archiválva 2007. július 10-i dátummal a Wayback Machine-benSablon:Citation broken Dias et al.
  8. a b c d e Hirshi Okuno and Hirumitsu Kawasaki, Technical Report, Critical and Subcritical Mass Calculations for Curium-243 to -247 Archiválva 2010. szeptember 20-i dátummal a Wayback Machine-ben, Japan National Institute of Informatics, Reprinted from Journal of Nuclear Science and Technology, Vol. 39, No. 10, p.1072–1085 (October 2002)Sablon:Copyvio link
  9. a b c Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire: "Evaluation of nuclear criticality safety. data and limits for actinides in transport", p. 16
  10. Carey Sublette, Nuclear Weapons Frequently Asked Questions: Section 6.0 Nuclear Materials February 20, 1999

Fordítás[szerkesztés]

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Critical mass című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.