Kritické množství

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Jump to navigation Jump to search

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. Množství neutronů roste v nadkritické hmotnosti exponenciálně, situace proto směřuje k výbuchu.

Takto se to dozvíte ve fyzice pro základní školy. Ve skutečnosti se výraz kritické množství nevztahuje k vlastní hmotnosti materiálu, ale k hustotě volných neutronů v daném objemu. Otázka zní takto: jak hustý neutronový mrak potřebuji, aby jimi bylo s dostatečně vysokou pravděpodobností zasaženo tolik jader štěpného materiálu, aby po jejich rozpadu hustota mraku[kdo?] rostla. Zajištění 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,[zdroj?] 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. Tím 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]