Критическая масса — в ядерной физике минимальная масса делящегося вещества, необходимая для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления. Коэффициент размножения нейтронов в таком количестве вещества больше единицы или равен единице. Размеры, соответствующие критической массе, также называют критическими. При массе больше критической цепная реакция может (при соответствующих условиях) лавинообразно ускоряться, что приводит к ядерному взрыву.
Величина критической массы зависит от свойств вещества (таких, как сечения деления и радиационного захвата), от плотности, количества примесей, формы изделия, а также от окружения. Например, наличие отражателей нейтронов может сильно уменьшить критическую массу.
В ядерной энергетике параметр критической массы является определяющим при конструировании и расчётах самых разнообразных устройств, использующих в своей конструкции различные изотопы или смеси изотопов элементов, способных в определенных условиях к ядерному делению с выделением колоссального количества энергии. Например, при проектировании мощных радиоизотопных генераторов, в которых используются в качестве топлива уран и ряд трансурановых элементов, параметр критической массы ограничивает мощность такого устройства. При расчётах и производстве ядерного и термоядерного оружия параметр критической массы существенным образом влияет как на конструкцию взрывного устройства, так и на его стоимость и сроки хранения. В случае проектирования и строительства атомного реактора, параметры критической массы также ограничивают как минимальные, так и максимальные размеры будущего реактора.
Наименьшей критической массой обладают растворы солей чистых делящихся нуклидов в воде с водяным отражателем нейтронов. Для 235U критическая масса такого раствора равна 0,8 кг, для 239Pu — 0,5 кг, для некоторых солей 251Cf — 10 г.
Критический размер Критическая масса связана с критической длиной : , где x зависит от формы образца и лежит в пределах от 2 до 3. Зависимость от формы связана с утечкой нейтронов через поверхность: чем больше поверхность, тем больше критическая масса. Образец с минимальной критической массой имеет форму шара.
+ Основные оценочные характеристики чистых изотопов, способных к ядерному делениюИзотопПериодполураспадаT, летКритическаямасса, кгТепловы-делениеВт/кгНейтроныспонтанногоделения105(кг·с)Темпе-ратураплавле-ния °СПлотностьг/см³231Pa32 760750±180157215,37232U68,9?8097113419,04233U159 20015,8235U7,03846,7236U2,3416?237Np2,1463,60,022063720,25236Pu2,96—818500349639,719,84238Pu87,79,556826,6239Pu24 100101,92240Pu650035,77,19,1241Pu14,412,33,20242Pu380 00083,40,11316,9241Am43257,61140,012118013,67242mAm1419,13,841,49243Am7400208,86,40,03243Cm28,58,419000134013,51244Cm18,126,628301,11245Cm85009,15,70246Cm473039—70,1247Cm1,566,9248Cm340 000?249Cf3515,990015,1250Cf13,08?251Cf8985,5252Cf2,6382,73
Литература E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 // Pacific Northwest Laboratory, February 2010
Примечания
Ссылки https://web.archive.org/web/20131228063554/http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/criticalmass.htm
Категория:Масса Категория:Критические величины Категория:Ядерная физика Категория:Физика ядерного реактора