Was ist kritische Masse?

Kritische Masse ist ein Konzept, auf das man bei der Diskussion von Kernmaterial bespricht.Kurz gesagt, die kritische Masse eines Materials ist die Menge, die für die Fortsetzung einer nuklearen Reaktion erforderlich ist.

Es gibt verschiedene Arten von Kernmaterialien, und ein Typ wird als spaltbares Material bezeichnet.Spaltende Materialien können eine Reaktion aufrechterhalten, sobald sie begonnen hat.Da die Reaktion aufrechterhalten werden kann, kann das Material für bestimmte Zwecke verwendet werden.Zu diesen Zwecken gehören die Herstellung von Atomwaffen und die Schaffung von Reaktoren zur Energieerzeugung.Die am weitesten verbreiteten faltbaren Materialien sind Uran-233, Uran-235 und Plutonium-239.Diese drei Materialien erfüllen die Kriterien eines spaltbaren Materials, bleiben für eine anscheinend lange Zeit und können in ausreichend großer Mengen gefunden werden, um sie für den Kraftstoff praktisch zu verwenden.

Der Prozess einer nuklearen Reaktion ist etwas komplex, aber es kann könneneinfach als Reaktion betrachtet werden, die exponentiell wächst.In einer Reaktion ein Atom des spaltbaren Materials mdash;Sagen wir Uranium-235 mdash;fängt ein Neutron ein, wenn es vorbei bewegt.Dies führt dazu, dass sich das Atom in zwei kleinere Atome aufteilt und dabei zwei oder drei weitere Neutronen abbricht.Diese Neutronen fliegen dann ab und werden von anderen Atomen von Uranium-235 erfasst, die wiederum zwei oder drei weitere Neutronen abgeben und absenden.All dies geschieht in einer sehr, sehr geringen Zeit und setzt enorme Energiemengen frei.

Das Konzept der kritischen Masse ist wichtig, denn damit diese Reaktion fortgesetzt und enorme Mengen an Energie freigesetzt werden muss, muss es seinGenug fissile Materialien vorhanden, dass es fortgesetzt werden kann.Wenn keine kritische Masse erreicht ist, verringern die vorhandenen Neutronen die Überstunden, wodurch eine Kernreaktion mit der Zeit immer weniger wahrscheinlich ist.Streng genommen wird der Begriff kritischer Masse verwendet, um den Gleichgewichtszustand zu beschreiben, in dem genügend faltbares Material vorhanden ist, um die Anzahl der Neutronen ungefähr gleich zu halten, aber die Reaktion erzeugt nicht mehr.Oft wird die kritische Masse verwendet, um zu beschreiben, was genauer bezeichnet wird, als überkritische Masse genannt wird, wenn genug von dem Material vorhanden ist, dass Neutronen weiterhin mit faltbaren Atomen kollidieren und mehr Neutronen freisetzen, Energie und Wärme erzeugen.In einer Atomwaffe ist es offensichtlich wichtig, dass das Material unter die kritische Masse gehalten wird.Andernfalls würde die Bombe sofort detonieren.Normalerweise werden zwei Materialstücke in subkritischer Masse getrennt gehalten, und wenn es Zeit ist, dass die Bombe detoniert wird, werden sie sehr hart und sehr schnell zusammengeworfen.Sie schaffen dann eine superkritische Masse, und die Bombe explodiert.Wenn sie nicht schnell genug zusammengeworfen werden, tritt zuerst eine kleinere Explosion auf und bläst die beiden Teile weiter auseinander, so dass die große Explosion niemals auftritt und Mdash;Dies wird oft als Sprudel bezeichnet.

Die kritische Masse ist je nach verwendeten Material unterschiedlich.Im Fall von Uran-233 beträgt die kritische Masse etwa 15 kg.Bei Uran-235 beträgt die kritische Masse etwa 115 Pfund (52 kg).Und im Fall von Plutonium-239 beträgt die kritische Masse etwa 22 kg (10 kg).Dies mag ein bisschen erscheinen, aber denken Sie daran, dass diese Materialien äußerst dicht sind.Bei den meisten Kernmaterialien erreicht eine Kugel, die nicht viel größer als ein Baseball ist, eine kritische Masse und verursacht eine enorme Explosion.