Kluczowa różnica – masa podkrytyczna vs krytyczna vs nadkrytyczna
Masy podkrytyczne, krytyczne i nadkrytyczne odnoszą się do masy materiału rozszczepialnego używanego w łańcuchowych reakcjach jądrowych. Kluczowa różnica między masą podkrytyczną, krytyczną i nadkrytyczną polega na tym, że masa podkrytyczna jest masą materiału rozszczepialnego, która nie jest wystarczająca do podtrzymania łańcuchowej reakcji jądrowej, podczas gdy masa krytyczna jest masą materiału rozszczepialnego wymaganą do podtrzymania łańcuchowej reakcji jądrowej, oraz masa nadkrytyczna materiału rozszczepialnego to masa, która jest więcej niż wystarczająca do podtrzymania łańcuchowej reakcji jądrowej.
Łańcuchowa reakcja jądrowa to seria reakcji rozszczepienia. Reakcja rozszczepienia jądrowego to proces uwalniania neutronu z niestabilnego jądra atomowego. Kiedy uwolniony neutron wchodzi w interakcję z innym niestabilnym izotopem, nowy izotop również ulega rozszczepieniu jądrowemu, uwalniając kolejny neutron. Podobnie zachodzi łańcuch reakcji.
Co to jest masa podkrytyczna?
Masa podkrytyczna to masa materiału rozszczepialnego, która nie wystarcza do podtrzymania reakcji łańcuchowej w jądrze. Aby zainicjować łańcuchową reakcję rozszczepienia, powinna istnieć minimalna wymagana ilość masy izotopu rozszczepialnego (znana jako masa krytyczna). Masa podkrytyczna jest zawsze mniejsza niż masa krytyczna; dlatego masa podkrytyczna materiału rozszczepialnego nie może wytrzymać reakcji łańcuchowej rozszczepienia.
Liczba neutronów obecnych w podkrytycznej masie materiału rozszczepialnego będzie z czasem spadać wykładniczo, ponieważ nie ma wystarczającej liczby izotopów, które są w stanie uwolnić więcej neutronów poprzez interakcję z istniejącymi neutronami.
Co to jest masa krytyczna?
Masa krytyczna to najmniejsza masa materiału rozszczepialnego, która jest wymagana do podtrzymania reakcji łańcucha jądrowego. Wielkość masy krytycznej zależy od właściwości jądrowych materiału rozszczepialnego, gęstości, kształtu i wzbogacenia materiału rozszczepialnego.
Rysunek 1: Masa izotopów określa liczbę rozszczepień.
Czystość izotopu jest również ważna przy określaniu masy krytycznej. Na przykład, jeśli czystość jest wysoka, masa krytyczna jest niska. Czynnikami zewnętrznymi wpływającymi na wartość masy krytycznej są temperatura i otoczenie materiału rozszczepialnego.
Co to jest masa nadkrytyczna?
Nadkrytyczna masa materiału rozszczepialnego to masa, która jest więcej niż wystarczająca do podtrzymania jądrowej reakcji łańcuchowej. Gdy w układzie, w którym występują reakcje łańcuchowe rozszczepienia, występuje masa nadkrytyczna, szybkość rozszczepiania będzie wzrastać z czasem. Dzieje się tak, ponieważ prawdopodobieństwo interakcji neutronu z izotopem jest bardzo wysokie, w tym układzie występuje wiele izotopów. Jednak po pewnym czasie układ uzyskuje stan równowagi, w którym ilość masy została obniżona do masy krytycznej.
Jaka jest różnica między podkrytyczną masą krytyczną a nadkrytyczną?
Masa podkrytyczna kontra krytyczna kontra nadkrytyczna |
|
| Masa podkrytyczna | Masa podkrytyczna to masa materiału rozszczepialnego, która nie wystarcza do podtrzymania reakcji łańcuchowej w jądrze. |
| Masa krytyczna | Masa krytyczna to najmniejsza ilość masy materiału rozszczepialnego, która jest wymagana do podtrzymania reakcji łańcucha jądrowego. |
| Masa nadkrytyczna | Nadkrytyczna masa materiału rozszczepialnego to masa, która jest więcej niż wystarczająca do podtrzymania jądrowej reakcji łańcuchowej. |
| Ilość masy | |
| Masa podkrytyczna | Masa podkrytyczna jest mniejsza niż masa krytyczna. |
| Masa krytyczna | Masa krytyczna to najmniejsza ilość masy wymagana do zainicjowania łańcuchowej reakcji rozszczepienia. |
| Masa nadkrytyczna | Masa nadkrytyczna jest wyższa niż masa krytyczna. |
| Współczynnik reakcji | |
| Masa podkrytyczna | Szybkość reakcji maleje z czasem w obecności masy podkrytycznej. |
| Masa krytyczna | Szybkość reakcji maleje z czasem w obecności masy krytycznej. |
| Masa nadkrytyczna | Szybkość reakcji maleje z czasem w obecności masy nadkrytycznej. |
Podsumowanie - podkrytyczna masa krytyczna a masa nadkrytyczna
Reakcja rozszczepienia jądra może zainicjować kilka kolejnych rozszczepień, co prowadzi do powstania łańcuchowych reakcji rozszczepienia. W oparciu o ilość masy wymaganą do progresji i podtrzymania reakcji łańcuchowej, istnieją trzy rodzaje mas nazwane jako masa podkrytyczna, masa krytyczna i masa nadkrytyczna. Kluczową różnicą między podkrytyczną i nadkrytyczną masą jest to, że masa podkrytyczna jest masą materiału rozszczepialnego, która nie jest wystarczająca do podtrzymania jądrowej reakcji łańcuchowej, podczas gdy masa krytyczna jest masą materiału rozszczepialnego wymaganą do podtrzymania jądrowej reakcji łańcuchowej i masy nadkrytycznej materiału rozszczepialnego to masa, która jest więcej niż wystarczająca do podtrzymania jądrowej reakcji łańcuchowej.
