Hvad er minimumsmassen af ​​en spaltelig isotop, hvori en kernekædereaktion kan forekomme?

Den minimale masse af en spaltelig isotop, hvori en kernekædereaktion kan forekomme, er kendt som den kritiske masse. Den kritiske masse afhænger af flere faktorer, herunder den specifikke isotop, materialets fysiske form og det omgivende miljø.

Neutroner er nødvendige for at opretholde en nuklear kædereaktion. Når en neutron rammer en fissil kerne, kan den opdele kernen i to mindre kerner, hvilket frigiver yderligere neutroner og energi. Disse nyligt frigivne neutroner kan derefter fortsætte med at splitte andre kerner, hvilket skaber en kædereaktion.

For at en kædereaktion kan forekomme, skal der være nok fissilt materiale til stede til at sikre, at neutronerne produceret fra hver fissionsbegivenhed i gennemsnit vil forårsage mindst én yderligere fission. Hvis der er for lidt materiale, vil for mange neutroner undslippe prøven, og kædereaktionen vil ikke blive opretholdt.

Den kritiske masse for en bestemt fissilt isotop bestemmes af flere faktorer, herunder:

- Isotop: Forskellige fissile isotoper har forskellige kritiske masser. For eksempel er den kritiske masse af uranium-235 omkring 52 kilogram, mens den kritiske masse af plutonium-239 er omkring 10 kilogram.

- Fysisk form: Den fysiske form af det fissile materiale påvirker også den kritiske masse. En kompakt kugle eller cylinder af fissilt materiale har en mindre kritisk masse end den samme mængde materiale spredt ud i et tyndt lag.

- Omgivende miljø: Det omgivende miljø kan også påvirke den kritiske masse. For eksempel kan tilstedeværelsen af ​​en neutronreflektor, såsom vand eller beryllium, reducere den kritiske masse af en fissilt samling.

Den kritiske masse er en vigtig overvejelse i design af atomreaktorer og atomvåben. I en atomreaktor kontrolleres det fissile materiale omhyggeligt for at sikre, at kædereaktionen opretholdes uden at gå ud af kontrol. I et atomvåben samles det fissile materiale hurtigt for at opnå en kritisk masse, som udløser en atomeksplosion.