Kritické množství

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Kritické množství nebo též kritická hmotnost je množství štěpného materiálu, které zaručí při štěpné reakci, že množství vzniklých neutronů stačí rozštěpit další atomová jádra dříve, než uniknou z látky, případně jsou pohlceny.

Takto se to dozvíte ve fyzice pro základní školy. Ve skutečnosti se výraz kritické množství nevztahuje k vlatní hmotnosti materiálu, ale k hustotě volných neutronů v daném objemu.Otázka zní takto: jak hustý neutronový mrak potřebuji, aby jimi bylo s dostatečně vysokou pravděodobností zasaženo tolik jader štěpného materiálu, aby po jejich rozpadu hustota mraku rostla.Zajištení tohoto, tzv. kritického stavu je možné několika způsoby: Klasicky je to použitím dostatečného množství materiálu se samovolným rozpadem (rozuměj produkcí neutronů) soustředěným v tělese s minimálním povrchem ( kudy neutrony z reakce unikají) a maximálním objemem materiálu ( tedy koule) a to buď složením z více částí, nebo po přeformování výbuchem z jiného výchozího tvaru.Další možností je "uprchlé" neutrony do reakce vracet odrazem, tedy tzv. zrcadlem - to bývá zhotoveno z berylia, popř. ze železa.Zrcadlo dokáže odrazem zvýšit hustotu mraku až trojnásobně a tedy snížit "kritickou hmotnost" až na 1/3. V pořadí následuje např. zmenšení reakčního objemu, což je princip, na kterém pracuje většina moderních náloží - tzv. implozivní jádro. Spočívá ve stlačení jádra výbuchem trhaviny, kterou je jádro obaleno. Různé zdroje uvádějí poměr stlačení až 1: 10 - potřebujete tedy teoreticky 1/10 "kritické hmotnosti".Vyplývá z toho, že potřebujete odborníka na trhaviny, pokud se má jádro stlačit a nikoliv rozprášit po okolí. Celkem často uváděnou možností je tzv. jaderná rozbuška - do podkritického stavu vložíte náhle materiál s vysokou produkcí volných neutronů a tím dosáhnete nadkritického stavu. Je také možné prodloužit dobu setrvání neutronů v kritickém objemu jejich zbrzděním - moderací. S výhodou se této role ujímá ochuzený uran (tamper).Kromě zbrzdění neutronů v něm dojde, vlivem jejich částečného pohlcení, i k přeměně na aktivní 235U, který následně přispívá k reakci.

Kritická hmotnost je závislá na druhu, čistotě, koncentraci a tvaru štěpného materiálu:

  • druh – nejmenší kritické množství je třeba pro materiál s jádry štěpitelnými pomalými neutrony a s vysokým účinným průřezem interakce (např. uran 235U).Účinným průřezem se má na mysli plocha jádra prvku zasažitelná účinně neutronem.
  • čistota – přítomnost látek absorbujících neutrony kritickou hmotnost zvyšuje (neúčinně je pohlcuje)
  • koncentrace – pokud je koncentrace štěpného materiálu menší než 100%, kritická hmotnost výrazně roste.Tim se má na mysli to, že materiál podléhá neustálé degradaci vlivem samovolného rozpadu, takže i kdyby měl kýžených 100% v okamžiku ukončení výroby, už za chvíli to tak nebude
  • tvar – nejnižší kritická hmotnost je pro tvar s nejmenším možným povrchem (kdy do okolního prostoru uniká co nejméně neutronů), tedy koule.

Příklady kritické hmotnosti pro různé štěpné materiály:

  • uran 235U: kritická hmotnost čistého materiálu pro kulové uspořádání je 48 kg, tato koule by měla průměr asi 18 cm.
  • uran 233U: kritická hmotnost čistého materiálu pro kulové uspořádání je 16 kg, tato koule by měla průměr asi 12 cm.

Související články[editovat | editovat zdroj]