Kritična masa
Kritična masa je najmanja količina fisionog materija potrebna za održavanje nuklearne lančane reakcije. Kritična masa fisionog materijal zavisi od njegovih nuklearnih karakteristika, na primer proprečni presek nuklearne fisije, gustine, oblika i obogaćenja.
Objašnjenje kritičnosti uredi
Termin kritičnost odnosi se na ravnotežni stav fisione reakcije, kada ne dolazi do povećanja snage, temperature ili broja neutrona. Numeričko nalaženje kritične mase zavisi od faktora k. Ovaj faktor predstavlja prosečan broj neutrona koji mogu dalje da izazovu fisionu reakciju. Deo neutrona se gubi parazitnom apsoropcijom ili jednostavno napuštaju sistem. Kada je k = 1 masa je kritična.
- Podkritična masa je masa fisionog materijala koja ne može da održava fisionu reakciju. Broj neutrona koji se oslobađaju u podkritičnom sistemu se vremenom smanjuje. U ovom slučaju, k < 1.
- Nadkritična masa je ona u kojoj dolazi do povećanja brzine nastanka fisije, sve dok prirodni povratni mehanizam ne dovede do nastanka ravnotežnog stava (i. e. biti kritičan). U ovom slučaju, k > 1.
Kritična masa gole sfere uredi
Sredina: Povećanjem mase sfere do kritične mase, reakcija može da postane samo-održavajuća.
Dno: Okruživanje originalne sfere sa neutronskim reflektorom povećava se efikasnost reakcije i takođe se omogućava da reakcija postane samo-održavajuća.
Oblik sa minimalnom kritičnom masom i najmanjim fizičkim dimenzijama je sfera. Kritične mase gole sfere normalne gustine aktinoida su date u sledećoj tabeli.
| Nuklid | Kritična masa (kg) |
Dijametar (cm) |
Ref |
|---|---|---|---|
| Protaktinijum-231 | 750±180? | 45±3? | |
| Uranijum-233 | 15 | 11 | [1] |
| Uranijum-235 | 52 | 17 | [1] |
| Neptunijum-236 | 7 | 8.7 | [2] |
| Neptunijum-237 | 60 | 18 | [3] |
| Plutonijum-238 | 9.04–10.07 | 9.5-9.9 | [4] |
| Plutonijum-239 | 10 | 9.9 | [1][4] |
| Plutonijum-240 | 40 | 15 | [1] |
| Plutonijum-241 | 12 | 10.5 | [5] |
| Plutonijum-242 | 75–100 | 19-21 | [5] |
| Americijum-241 | 55–77 | 20-23 | [6] |
| Americijum-242 | 9–14 | 11-13 | [6] |
| Americijum-243 | 180–280 | 30-35 | [6] |
| Kirijum-243 | 7.34–10 | 10-11 | [7] |
| Kirijum-244 | (13.5)–30 | (12.4)–16 | [7] |
| Kirijum-245 | 9.41–12.3 | 11-12 | [7] |
| Kirijum-246 | 39–70.1 | 18-21 | [7] |
| Kirijum-247 | 6.94–7.06 | 9.9 | [7] |
| Kalifornijum-249 | 6 | 9 | [2] |
| Kalifornijum-251 | 5 | 8.5 | [2] |
Menjanje tačke kritičnosti uredi
Tačka, odnosno masa, gde dolazi do nastanka kritičnosti može da se menja promenom određenih atributa kao što su gorivo, temperatura, gustina, ili instalacijom reflektora neutrona.
- Promena količine goriva
Moguće je da konstrukcija bude kritična i pri nultoj snazi. Realizacija ovakvog stava omogućena je kada se u sistemu nalazi tačna količina goriva a sistem je ujedno podkritičan. Kada je dodata prezicno određena količina goriva može da se stvori tačna kritična masa u podkritičnom sistemu, što bi dovelo do održavanja fisione reakcije celu jednu generaciju neutrona. Ukoliko je ova precizno određena masa dodata u malo podkritičnu masu, stvara se jedva nadkritična masal, temperatura konstrukcije se povećava do svog maksimuma, a zatim bi se smanjila na sobnu temperaturu, zato što je gorivo koje je dodato potpuno apsorbovano i sistem se sam vraća u podkritično stanje.
- Promena temperature i gustine mase
kada je konstrukcija u tačno kritičnom stanju, masa će zagrevanjem na sobnoj temperaturi postati podkritična, a ukoliko dođe do njenog hlađenja, postaće nadkritična. Fisija se smanjuje pri povećanju temeprature goriva. Ova osobina se naziva negativni koeficijent reaktivnosti. Ista osobina važi i kada dođe do povećanja odnosno smanjenja gustine goriva.
- Upotreba reflektora
Okružujući sfernu kritičnu masu sa reflektorom neutrona direktno smanjujemo potrebnu masu za dostizanje kritičnosti. Dobar reflektor je berilijum. On omogućava da se neutroni, koji bi za dalje iniciranje reakcije bili izgubljeni, bili vraćeni do sistema. Reflektorom je povećana mogućnost sudara neutrona.
Vidi još uredi
Izvori uredi
- ^ a b v g Nuclear Weapons Design & Materials Arhivirano na sajtu Wayback Machine (5. novembar 2010), The Nuclear Threat Initiative website.
- ^ a b v 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.
- ^ Chapter 5, Troubles tomorrow? Separated Neptunium 237 and Americium, Challenges of Fissile Material Control (1999), isis-online.org
- ^ a b Updated Critical Mass Estimates for Plutonium-238, U.S. Department of Energy: Office of Scientific & Technical Information
- ^ a b Amory B. Lovins, Nuclear weapons and power-reactor plutonium, Nature, Vol. 283, No. 5750, pp. 817-823, February 28, 1980
- ^ a b v G. S. Karapetyan; A. R. Balabekyan; N. A. Demekhina; J. Adam. „Multimode approach to 241Am and 237Np fission induced by 660-MeV protons”. Physics of Atomic Nuclei. 72 (6): 911—916. doi:10.1134/S1063778809060027.
- ^ a b v g d Okuno, Hirshi & Kawasaki, Hirumitsu (oktobar 2002). „Technical Report, Critical and Subcritical Mass Calculations for Curium-243 to -247,” (PDF). Journal of Nuclear Science and technology. Japan National Institute of Informatics. 39 (10): 1072—1085. Arhivirano iz originala (PDF) 20. 9. 2010. g. Pristupljeno 13. 3. 2011.