A Kritikus tömeg (fizika) kérdése manapság nagyon fontos kérdés, mivel a mindennapi élet számos területére kihat. A közegészségügyre gyakorolt hatásától a gazdaságra és a környezetre gyakorolt következményeiig a Kritikus tömeg (fizika) olyan téma, amely szakértők és állampolgárok érdeklődését egyaránt felkelti. Ebben a cikkben a Kritikus tömeg (fizika)-hez kapcsolódó különböző perspektívákat és megközelítéseket vizsgáljuk meg, hogy jobban megértsük annak jelentőségét és társadalmi vonatkozásait. Legyen szó statisztikai adatokról, személyes tanúvallomásokról vagy tudományos elemzésekről, megpróbálunk rávilágítani erre a ma oly aktuális témára.
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.
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.
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 | |
urán-235 | 703 800 000 | 52 | 17 | |
neptúnium-236 | 154 000 | 7 | 8,7 | |
neptúnium-237 | 2 144 000 | 60 | 18 | |
plutónium-238 | 87,7 | 9,04–10,07 | 9,5–9,9 | |
plutónium-239 | 24 110 | 10 | 9,9 | |
plutónium-240 | 6561 | 40 | 15 | |
plutónium-241 | 14,3 | 12 | 10,5 | |
plutónium-242 | 375 000 | 75–100 | 19–21 | |
amerícium-241 | 432,2 | 55–77 | 20–23 | |
amerícium-242m | 141 | 9–14 | 11–13 | |
amerícium-243 | 7370 | 180–280 | 30–35 | |
kűrium-243 | 29,1 | 7,34–10 | 10–11 | |
kűrium-244 | 18,1 | 13,5–30 | 12,4–16 | |
kűrium-245 | 8500 | 9,41–12,3 | 11–12 | |
kűrium-246 | 4760 | 39–70,1 | 18–21 | |
kűrium-247 | 15 600 000 | 6,94–7,06 | 9,9 | |
berkélium-247 | 1380 | 75,7 | 11,8–12,2 | |
berkélium-249 | 330 nap | 192 | 16,1–16,6 | |
kalifornium-249 | 351 | 6 | 9 | |
kalifornium-251 | 900 | 5,46 | 8,5 | |
kalifornium-252 | 2,6 | 2,73 | 6,9 | |
einsteinium-254 | 275,7 nap | 9,89 | 7,1 |