Wat is Critical Mass?

De kritische massa van een materiaal is het bedrag dat nodig is om het een kernreactie blijven als het eenmaal is begonnen.

Er zijn verschillende soorten van nucleair materiaal, en het ene type staat bekend als een splijtbaar materiaal. Splijtstoffen kunnen een reactie houden nadat deze is gestart. Aangezien de reactie kan worden voortgezet, kan het materiaal worden gebruikt voor bepaalde doeleinden. Deze doeleinden zijn onder andere het maken van kernwapens, en het creƫren van reactoren om energie op te wekken. De meest gebruikte splijtstoffen zijn Uranium-233, Uranium-235 en plutonium-239. Deze drie materialen voldoen aan de criteria van een splijtbaar materiaal, blijven rond voor een redelijk lange tijd, en kan gevonden worden in voldoende grote hoeveelheden om ze te gebruiken voor brandstof praktisch.

Het proces van een nucleaire reactie is enigszins complex, maar het kan worden bekeken louter als reactie die exponentieel groeit. In een reactie, een atoom van het splijtbaar materiaal - laten we zeggen Uranium-235 - vangt een neutron als het beweegt verleden. Dit veroorzaakt het atoom te splitsen in twee kleinere atomen, en in het proces lanceert uit twee of drie neutronen. Deze neutronen vliegen vervolgens uit en worden opgevangen door andere atomen van Uranium-235, die op zijn beurt split en verstuur twee of drie meer neutronen. Dit alles gebeurt in een zeer, zeer kleine hoeveelheid tijd, en releases enorme hoeveelheden energie.

Dit concept is belangrijk, want om voor deze reactie blijven en laat enorme hoeveelheden energie, er voldoende splijtbaar materiaal aanwezig is dat het kan blijven. Als kritische massa niet wordt bereikt, wordt de neutronen onderhavige wil overwerk afname, waardoor een nucleaire reactie minder kans tijd. Strikt genomen kan de kritische term wordt gebruikt om de evenwichtstoestand te beschrijven waarin er voldoende splijtstoffen aanwezig om de hoeveelheid neutronen ongeveer hetzelfde blijven, maar de reactie niet meer genereert. Vaak echter, deze term wordt gebruikt om te beschrijven wat nauwkeuriger genoemd super-kritische massa, wanneer voldoende van het materiaal aanwezig is dat neutronen blijven botsen met splijtbare atomen en het vrijgeven van meer neutronen, het opwekken van energie en warmte.

Splijtbaar materiaal te gebruiken in een nucleair wapen, is het uiteraard belangrijk dat het materiaal onder de kritische massa te houden - anders wordt de bom zou meteen ontploffen. Gewoonlijk twee stukken materiaal uit elkaar gehouden op subkritische massa en wanneer het tijd is om de bom te ontploft, worden ze samen hard en snel geworpen. Ze maken dan een super-kritische massa, en de bom ontploft. Indien zij niet samen snel genoeg geworpen, dan een kleinere explosie gebeurt eerste en blaast de twee stukken verder uit elkaar, zodat de grote explosie nooit voorkomt - dit wordt vaak aangeduid als een Fizzle.

Kritische massa is verschillend, afhankelijk van het materiaal dat wordt gebruikt. In het geval van Uranium-233, het is ongeveer 35 pond (15 kg). In het geval van Uranium-235, de kritische massa is ongeveer 115 pond (52kg). En in het geval van plutonium-239, het is ongeveer 22 pond (10 kg).

  • Splijtstoffen kan worden gebruikt voor het maken van nucleaire wapens.
  • Om de atoombom tot ontploffing te brengen, moet het plutonium of verrijkt uranium kritische massa te bereiken.