มวลวิกฤต

มวลวิกฤต (อังกฤษ: critical mass) คือปริมาณที่น้อยที่สุดของวัสดุฟิสไซล์ที่จำเป็นสำหรับการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ให้ยั่งยิน. มวลวิกฤตของวัสดุฟิสไซล์หนึ่งจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของนิวเคลียสของมัน (ให้ชัดเจนก็คือ, พื้นที่หน้าตัดสำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่น), ความหนาแน่นของมัน, รูปทรงของมัน, กระบวนการแยกไอโซโทป(สมรรถนะ)ของมัน, ความบริสุทธิ์ของมัน, อุณหภูมิของมัน, และสภาพแวดล้อมของมัน. แนวความคิดเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบอาวุธนิวเคลียร์.

ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของการสร้างใหม่ของอุบัติเหตุวิกฤตปี 1945, หลุมพลูโตเนียมถูกรายล้อมไปด้วยบล็อกของทังสเตนคาร์ไบด์แบบนิวตรอนแสงสะท้อน. การทดลองเดิมถูกออกแบบมาเพื่อวัดรังสีที่ผลิตได้เมื่อบล็อกส่วนเกินถูกเพิ่มเข้ามา. แทนที่จะเป็นเช่นนั้น, มวลกลับกลายเป็นเหนือวิกฤต (อังกฤษ: supercritical) เมื่อบล็อกถูกวางไว้โดยไม่สมควรโดยถูกปล่อยให้ตกลงมา

คำอธิบายของวิกฤต

เมื่อปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์หนึ่งในมวลของวัสดุฟิสไซล์หนึ่งเป็นแบบยั่งยืนด้วยตัวเอง, มวลนั้นถูกเรียกว่าอยู่ในสถานะ "วิกฤต" ที่ไม่มีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของพลังงาน, อุณหภูมิ, หรือประชากรนิวตรอน.

การวัดที่เป็นตัวเลขของมวลวิกฤตจะขึ้นอยู่กับแฟคเตอร์การคูณนิวตรอนที่มีประสิทธิภาพ k, ค่าเฉลี่ยของจำนวนนิวตรอนที่ถูกปล่อยออกมาต่อปฏิกิริยาฟิชชันที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันอื่นไปเรื่อยๆมากกว่าจะถูกดูดซึมหรือออกจากวัสดุ. เมื่อ $k=1$, มวลจะวิกฤต,และปฏิกิริยาลูกโซ่แทบจะยั่งยืนด้วยตนเอง.

มวล"ใต้วิกฤติ" (อังกฤษ: subcritical) คือมวลของวัสดุฟิสไซล์ที่ไม่ได้มีความสามารถในการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันให้ยั่งยืน. ประชากรของนิวตรอนที่ใส่ให้กับส่วนประกอบที่ subcritical จะลดลงแบบ exponential. ในกรณีนี้ $k<1$. อัตราคงที่ของ fissions ตามธรรมชาติจะทำให้เกิดระดับคงที่แบบสัดส่วนของกิจกรรมนิวตรอน. การคงที่ของของสัดส่วนจะเพิ่มขึ้นเมื่อ k เพิ่มขึ้น.

มวล"เหนือวิกฤต" (อังกฤษ: supercritical) เป็นหนึ่งที่มีอัตราของฟิชชันที่เพิ่มขึ้น. สารอาจอยู่ในภาวะสมดุล (หรือกลายเป็นวิกฤตอีกครั้ง) ที่อุณหภูมิ/ระดับพลังงานที่สูงหรือทำลายตัวเองโดยเมื่อจุดสมดุลมาถึง. ในกรณีของ supercriticality, $k>1$