Nejlepší odpověď
Začněme několika slovy: kritičnost se týká schopnosti množství štěpného materiálu na podporu jaderné řetězové reakce, při které neutron štěpí atom uranu a uvolňuje alespoň dva nebo více neutronů, aby mohl štěpit další atomy v materiálu. To musí brát v úvahu ztráty neutronů do vnějšího prostředí, zachycení neutronů jinými atomy, zachycení místo štěpení v materiálech atd. Když k tomu dojde, jaderná aktivita v hmotě exponenciálně roste. Existují však pomalé exponenciály (jako je zrychlování rozpínajícího se vesmíru) a rychlé.
superkritický – režim štěpné aktivity, který je přinejmenším kritický, to znamená, že aktivita exponenciálně roste. Toto je režim, ve kterém běží jaderné reaktory.
prompt critical – existují dva způsoby, jak se neutrony produkují při štěpení. Existují rychlé neutrony, které jsou štěpením uvolněny a jsou k dispozici pro vyvolání štěpení během asi 10 nanosekund od uvolnění; to jsou ty, které vidíte v úhledných animacích štěpného procesu. Druhý druh se vytváří po zpoždění (zahrnujícím mezilehlé materiály, do kterých nemusím jít), což může být cokoli od mikrosekundy po desítky minut. Pokud váš reaktor sedí na ostří nože kritičnosti, pak jeho posunutí jen o trochu nahoru způsobí výše zmíněný exponenciální nárůst štěpných událostí – součet okamžitých neutronů plus zpožděných neutronů je těsně nad tím, co je potřeba k udržení proces od umírání a křivka stoupá pomalu – dost pomalu na to, aby byla ovladatelná člověkem a ovládáním. Jak se aktivita zrychluje, jsou vytvářeny rychlejší neutrony, takže zpožděné neutrony jsou méně potřebné pro podporu kritičnosti a exponenciální křivka stoupá rychleji. Okamžitá kritičnost se odehrává v bodě, kde nejsou vůbec zapotřebí žádné zpožděné neutrony; vzestup exponenciální křivky je řádově v řádu desítek nanosekund, rychlejší, než na jaké může člověk nebo počítač reagovat.
Není nutné říkat, že štěpné bomby běží v místě a nad bodem okamžité kritičnosti. Jsou navrženy tak, aby se materiál stal tak kritickým, že ke generování produkce neutronů dochází každých 10 nanosekund, a může nastat 80 nebo více takových generací, než exploze naruší materiál a šíří ho do pekla a pryč. Celkem 800 nanosekund, méně než mikrosekundu.
Fyzici mají měření kritičnosti události. Kritické se nazývá 1 dolar; rychlá kritičnost se děje za 2 dolary. Kritičnost štěpné bomby narazí na 2 až 3 dolary během intervalu dlouhého 1 mikrosekundu, ve kterém k štěpení dojde. Poté je zbytek jen příroda, která obnovuje rovnovážný stav tím nejlepším způsobem, jak umí.
Jaderné reaktory naproti tomu fungují mezi 1 a 2 dolary a od 2 dolaru zůstávají plaché. Ve skutečnosti, když jsou nahoře a manipulují s energetickým zatížením v ustáleném stavu (normální provoz), pracují v rozmezí 0,95 až 1,05 USD, protože jejich zatížení stoupá a klesá.
Protože civilní energetický reaktor používá pouze mírně obohacené palivo nemá schopnost explodovat jako bomba. Co může udělat, pokud jde o okamžitou kritiku, je roztavení aktivní zóny reaktoru (v reaktorech na tuhá paliva, jako je Černobyl č. 4). U-238 funguje jako výplň a udržuje štěpné atomy U-235 dostatečně oddělené, aby se zabránilo superkritičnosti nad nízkou prahovou hodnotou.
Takže okamžitá kritičnost je limit, který musí štěpná bomba splňovat a překračovat pracovat v navržené kapacitě. Okamžitá kritičnost je ukazatelem na cestě k výbuchu.
Poznámka: Zjistil jsem, že moje čísla výše dolarových čísel byla vypnutá. Definice najdete v diskusi níže. Opravil jsem také výše uvedená čísla, takže nyní jsou všichni ve shodě.
Odpověď
Existují dva typy neutronů rozdávané kvůli štěpení.
Okamžité a zpožděné neutrony.
Okamžité neutrony jsou ty, které produkuje samotné štěpení a mohou pokračovat v úderu na jiné atomy, což způsobí větší štěpení.
Zpožděné neutrony se uvolňují jako produkty štěpení samy se rozpadají a uvolňují více neutronů.
KRITICITA je, když počet uvolněných neutronů je přesně tolik, kolik je zapotřebí k udržení reakce, kdy v průměru každý uvolněný neutron způsobí jednu další štěpnou událost. To je přesně v K = 1
Pokud je K menší než 1, pak počet uvolněných neutronů není soběstačný a ne každý neutron způsobí v průměru další štěpnou událost. Některé ano, ale ne všechny a reakce vymře.
Je to pouze zpoždění uvolnění zpožděných neutronů z rozpadu, spíše než okamžité neutrony, které umožňují určitou míru kontroly nad e reakční proces. to je nezbytné pro řízení jaderného reaktoru.
Je-li reakce K = 1 ze součtu obou typů, výzvy i zpoždění…, je reakce stabilní a kontrolovatelná.
Když reakce přejde kriticky od pouhého samotné rychlé neutrony bez ohledu na opožděné neutrony… to je výzva kritická a řetězová reakce roste exponenciálně s časem mnohem rychlejším, než dokáže reagovat člověk nebo dokonce počítačem řízené zařízení. Je nekontrolovatelný a vede ke katastrofě.
To stále nestačí k vytvoření jaderného výbuchu. Bude to jaderná katastrofa (Think: Chernobyl), ale ne jaderná detonace.
Jelikož je reakční hmota rychle kritická, uvolňování energie je mnohem rychlejší než zdvojnásobení štěpení řetězové reakce. reakční hmota se sama od sebe odfoukne, než může být hmota plně spotřebována štěpnou řetězovou reakcí.
Aby detonovala jaderná zbraň, musíte jít superkriticky, kde je reakční hmota přivedena na kritickou hodnotu a udržována dost dlouho na to, aby celá hmota podstoupila štěpení, aniž by se nejprve rozfoukla. Toto je skutečný trik konstrukce jaderných zbraní. Jak přimět hmotu, aby se stala superkritickou bez předzvěsti jako šumění.
To je také důvod, proč jaderné elektrárny nemohou explodovat jako jaderná zbraň. Jaderné reaktory NEMOHOU explodovat jako jaderná bomba, protože k tomu nejsou určeny. Jaderné bomby nechtějí vybuchnout, chtějí se jen odpálit. musí být speciálně navrženy a vynuceny, aby tak činily, jinak vše, co dostanete, je fizzle.