Masa kritiko

Artikulu hau fenomeno fisikoari buruzkoa da; beste esanahietarako, ikus «Masa kritiko (argipena)».

1945ean gertatutako istripu baten birsortzean hartutako irudi honetan, itxurazko plutonio-esfera bat neutroi-islagailua den wolframio karburoen blokez inguraturik ageri da. Jatorrizko esperimentuan, beste bloke bat eransten zenean zenbat erradiazio sortzen zen neurtu nahi izan zen. Kalkuluek huts egin zuten eta masa superkritikoa erdietsi zen.

Fisikan, masa kritikoa kate-erreakzio nuklearra sortzeko behar den material fisionagarriaren kantitate minimoa da. Material fisionagarriaren masa kritikoan hainbat faktorek eragiten dute: bere propietate fisikoek (batez ere bere dentsitatea), bere propietate nuklearrek (isotopoen aberastasunak eta fisiorako zeharkako sekzioak), bere formak eta bere purutasunak, eta neutroien islagailu batez inguraturik dagoen ala ez.

Kritikotasunaren azalpena

Kritiko terminoak orekan dagoen fisio-erreakzio bat (kate-erreakzio iraunkorra) adierazten du; egoera horretan, ez dago aldaketarik potentzian, tenperaturan edo neutroien kontzentrazioan.

Masa kritikoaren zenbakizko neurketa ondoko formularen bidez adieraz daiteke:

k = f − l

non k neutroien biderkatze-faktorea den, f fisio-gertakizun bakoitzak askatzen duen neutroi-kopurua den, eta l galdutako batez besteko neutroi-kopurua den. Azken parametro hau neutroiak sistematik irten daitezkeelako edo fisiorik gabeko gertakizun batek harrapa ditzakeelako hartzen da kontuan. k = 1 denean, masa kritikoa da.

Masa subkritikoa fisio-erreakzio bat mantentzeko gai ez den material fisionagarriaren kantitatea da. Material-kantitate subkritikoan neutroien multzo bat sartzen bada, bere kopurua jaitsi egingo da denboran zehar modu esponentzialean. Kasu honetan, k < 1 da. Fisio espontaneoaren tasa egonkor batek neutroi-jardueraren maila egonkorra sortzen du. Proportzionaltasun-konstantea igo egiten da k igotzen den neurrian.

Masa superkritikoa fisio-tasa hazkorra duen masa-kantitatea da. Materiala orekara eraman daiteke berriro (alegia, masa kritiko bihur daiteke berriro) tenperatura edo potentzia gehitzen bada edo masa suntsitzen bada. Superkritikotasunean k > 1 da.

Esfera biluzi baten masa kritikoa

Goian: Material fisionagarriaren esfera txikiegia da kate-erreakzioa iraunkorra izan dadin, fisioaren ondorioz sortutako neutroiak erraz ihes egin baitezakete. Erdian: Esferaren masa puntu kritikoraino handitzean, erreakzioak iraun egiten du. Behean: jatorrizko esferaren inguruan neutroien islagialul bat jarriz, errakzioaren eraginkortasuna handitu egiten da eta erreakzioa iraunkorra izan dadin laguntzen du.

Masa kritiko eta dimentsio fisiko txikienak dituen forma esfera da.

Ondoko taulan, zenbait isotopok esfera biluziaren forman eta dentsitate normalean daukaten masa kritikoak adierazten dira.

Isotopoa	Masa kritikoa	Diametroa	Lotura
protaktinio-231	750±180 kg	45±3 cm
uranio-233	15 kg	11 cm	[1]
uranio-235	52 kg	17 cm	[2]
neptunio-236	7 kg	8.7 cm	[3]
neptunio-237	60 kg	18 cm	[4],[5]
plutonio-238	9.04–10.07 kg	9.5-9.9 cm	[6]
plutonio-239	10 kg	9.9 cm	[7],[8]
plutonio-240	40 kg	15 cm	[9]
plutonio-241	12 kg	10.5 cm	[10]
plutonio-242	75–100 kg	19-21 cm	[11]
amerizio-241	55–77 kg	20-23 cm	Dias et. al.
amerizio-242m	9–14 kg	11-13 cm	ibid.
amerizio-243	180–280 kg	30-35 cm	ibid.
kurio-243	7.34–10 kg	10-11 cm	[12]
kurio-244	(13.5)–30 kg	(12.4)–16 cm	[13]
kurio-245	9.41–12.3 kg	11-12 cm	[14]
kurio-246	39–70.1 kg	18-21 cm	[15]
kurio-247	6.94–7.06 kg	9.9 cm	[16]
kalifornio-249	6 kg	9 cm	[17]
kalifornio-251	5 kg	8.5 cm	[18]

Kanpo estekak

• Datuak: Q208470