Kľúčový rozdiel – podkritické vs. kritické vs. superkritické množstvo
Podkritická, kritická a nadkritická hmotnosť označujú množstvo hmoty štiepneho materiálu použitého pri jadrových reťazových reakciách. Kľúčový rozdiel medzi podkritickou, kritickou a nadkritickou hmotnosťou je v tom, že podkritická hmotnosť je hmotnosť štiepneho materiálu, ktorá nestačí na udržanie jadrovej reťazovej reakcie, zatiaľ čo kritická hmotnosť je hmotnosť štiepneho materiálu potrebná na udržanie jadrovej reťazovej reakcie a superkritická hmotnosť štiepneho materiálu je hmotnosť, ktorá je viac než dostatočná na udržanie jadrovej reťazovej reakcie.
Jadrová reťazová reakcia je séria štiepnych reakcií. Jadrová štiepna reakcia je proces uvoľňovania neutrónu z nestabilného atómového jadra. Keď tento uvoľnený neutrón interaguje s iným nestabilným izotopom, nový izotop tiež podlieha jadrovému štiepeniu a uvoľňuje ďalší neutrón. Podobne prebieha reťaz reakcií.
Čo je podkritická hmotnosť?
Podkritická hmotnosť je hmotnosť štiepneho materiálu, ktorá nestačí na udržanie jadrovej reťazovej reakcie. Na spustenie štiepnej reťazovej reakcie by malo existovať minimálne požadované množstvo štiepneho izotopu (známe ako kritická hmotnosť). Podkritická hmotnosť je vždy menšia ako kritická hmotnosť; preto podkritická hmotnosť štiepneho materiálu nemôže udržať reťazovú štiepnu reakciu.
Počet neutrónov prítomných v podkritickej mase štiepneho materiálu bude časom exponenciálne klesať, pretože nie je dostatok izotopov, ktoré by boli schopné uvoľniť viac neutrónov interakciou s existujúcimi neutrónmi.
Čo je kritická hmotnosť?
Kritická hmotnosť je najmenšia hmotnosť štiepneho materiálu, ktorá je potrebná na udržanie jadrovej reťazovej reakcie. Množstvo kritickej hmotnosti závisí od jadrových vlastností štiepneho materiálu, hustoty, tvaru a obohatenia štiepneho materiálu.
Obrázok 1: Hmotnosť izotopov určuje počet štiepení.
Čistota izotopu je tiež dôležitá pri určovaní množstva kritického množstva. Napríklad, ak je čistota vysoká, kritická hmotnosť je nízka. Vonkajšie faktory, ktoré ovplyvňujú hodnotu kritickej hmotnosti, sú teplota a okolie štiepneho materiálu.
Čo je superkritická hmotnosť?
Superkritická hmotnosť štiepneho materiálu je hmotnosť, ktorá je viac než dostatočná na udržanie jadrovej reťazovej reakcie. Keď je v systéme so štiepnymi reťazovými reakciami nadkritická hmotnosť, rýchlosť štiepenia sa časom zvýši. Je to preto, že pravdepodobnosť interakcie neutrónu s izotopom je veľmi vysoká, v tomto systéme je prítomných veľa izotopov. Po určitom čase však systém získa rovnovážny stav, pri ktorom sa množstvo hmoty zníži na kritickú hmotnosť.
Aký je rozdiel medzi podkritickým a nadkritickým množstvom?
Podkritické vs. kritické vs. superkritické množstvo |
|
| Podkritická hmotnosť | Podkritická hmotnosť je hmotnosť štiepneho materiálu, ktorá nestačí na udržanie jadrovej reťazovej reakcie. |
| Critical Mass | Kritická hmotnosť je najmenšie množstvo hmotnosti štiepneho materiálu, ktoré je potrebné na udržanie reťazovej jadrovej reakcie. |
| Superkritická hmotnosť | Nadkritická hmotnosť štiepneho materiálu je hmotnosť, ktorá je viac než dostatočná na udržanie jadrovej reťazovej reakcie. |
| Amount of Mass | |
| Podkritická hmotnosť | Podkritické množstvo je menšie množstvo ako kritické množstvo. |
| Critical Mass | Kritická hmotnosť je najmenšie množstvo hmoty potrebné na spustenie reťazovej štiepnej reakcie. |
| Superkritická hmotnosť | Superkritická hmotnosť je vyššia ako kritická hmotnosť. |
| Rýchlosť reakcie | |
| Podkritická hmotnosť | Rýchlosť reakcie klesá s časom v prítomnosti podkritickej hmoty. |
| Critical Mass | Rýchlosť reakcie klesá s časom v prítomnosti kritického množstva. |
| Superkritická hmotnosť | Rýchlosť reakcie klesá s časom v prítomnosti superkritickej hmoty. |
Súhrn – podkritické verzus nadkritické množstvo
Jadrová štiepna reakcia môže iniciovať niekoľko následných štiepení, ktoré vedú k vytvoreniu reťazových štiepnych reakcií. Na základe množstva hmoty potrebnej na progresiu a na udržanie reťazovej reakcie existujú tri typy hmotností pomenované ako podkritická hmotnosť, kritická hmotnosť a nadkritická hmotnosť. Kľúčový rozdiel medzi podkritickou a nadkritickou hmotnosťou je v tom, že podkritická hmotnosť je hmotnosť štiepneho materiálu, ktorá nestačí na udržanie jadrovej reťazovej reakcie, zatiaľ čo kritická hmotnosť je hmotnosť štiepneho materiálu potrebná na trvalú jadrovú reťazovú reakciu a nadkritickú hmotnosť. štiepneho materiálu je hmotnosť, ktorá je viac než dostatočná na udržanie jadrovej reťazovej reakcie.
