Paras vastaus
Aloitetaan muutamalla sanalla: kriittisyys viittaa halkeamiskelpoisen materiaalin määrään tukemaan ydinketjureaktiota, jossa neutroni fissoi uraaniatomin vapauttaen vähintään kaksi tai useampaa neutronia muiden materiaalin atomien fissioimiseksi. Tässä on otettava huomioon neutronien häviöt ulkoympäristöön, neutronien sieppaaminen muiden atomien toimesta, sieppaaminen materiaalien halkeamisen sijasta ja niin edelleen. Kun näin tapahtuu, ydinvoima kasvaa massassa eksponentiaalisesti. On kuitenkin hitaita eksponentiaalisia (kuten maailmankaikkeuden kiihtyvyyden laajeneminen) ja nopeita.
ylikriittinen – fissiotoimintajärjestelmä, joka on ainakin kriittinen, eli saa toiminnan lisääntymään eksponentiaalisesti. Tämä on järjestelmä, jossa ydinreaktorit käyvät.
nopea kriittinen – neutroneja tuotetaan fissiotapahtumassa kahdella tavalla. Fissio vapauttaa nopeita neutroneja, jotka ovat käytettävissä fissioiden aikaansaamiseksi noin 10 nanosekunnin sisällä vapautumisesta; nämä ovat ne, jotka näet fissioprosessin siistissä animaatioissa. Toiset lajit luodaan viiveen jälkeen (mukaan lukien välimateriaalit, joihin minun ei tarvitse mennä), joka voi olla mitä tahansa mikrosekunnista kymmeniin minuutteihin. Jos reaktori istuu kriittisyyden veitsen reunalla, sen työntäminen vain hieman ylöspäin aiheuttaa edellä mainitun fissiotapahtumien eksponentiaalisen nousun – nopeiden neutronien ja viivästyneiden neutronien summa on hieman korkeampi kuin mitä tarvitaan pitämään prosessi kuolemasta, ja käyrä nousee hitaasti – tarpeeksi hitaasti, jotta ihminen voi ohjata sitä. Kun toiminta nopeutuu, syntyy nopeampi neutroneja, jolloin viivästyneitä neutroneja tarvitaan vähemmän kriittisyyden tukemiseksi, ja eksponentiaalinen käyrä nousee nopeammin. Nopea kriittisyys tapahtuu kohdassa, jossa viivästyneitä neutroneja ei tarvita lainkaan; eksponentiaalisen käyrän nousu on kymmenien nanosekuntien luokkaa, nopeammin kuin ihminen tai tietokone voi reagoida.
Tarpeetonta sanoa, että fissiopommit kulkevat nopean kriittisyyden yläpuolella. Ne on suunniteltu siten, että materiaalista tulee niin kriittinen, että neutronituotanto syntyy 10 nanosekunnin välein, ja 80 tai enemmän tällaisia sukupolvia voi tapahtua ennen kuin räjähdys häiritsee materiaalia, levittäen sen helvettiin ja kadoten. 800 nanosekuntia kaikki kertoi, alle mikrosekunnin.
Fyysikoilla on mittaus tapahtuman kriittisyydestä. Kriittistä kutsutaan 1 dollariksi; nopea kriittisyys tapahtuu 2 dollaria. Fissiopommin kriittisyys ulottuu $ 2: sta $ 3: een 1 mikrosekunnin pituisen jakson aikana, jolloin fissio tapahtuu. Sen jälkeen loppu on vain luonto, joka palauttaa tasapainotilan parhaalla mahdollisella tavalla.
Toisaalta ydinreaktorit toimivat välillä 1–2 dollaria ja pysyvät hyvällä marginaalilla 2 dollarin välillä. Itse asiassa, kun he ovat ylhäällä ja käsittelevät tehokuormaa vakaassa tilassa (normaalit toiminnot), he työskentelevät välillä 0,95 ja 1,05 dollaria, kun heidän kuormansa nousevat ja laskevat.
Koska siviilivoimalat käyttävät vain vähän rikastettua polttoainetta se ei pysty räjähtämään kuin pommi. Se, mitä se voi tehdä, jos se menee nopeasti kriittiseksi, on sulattaa reaktorisydän (kiinteillä polttoaineilla varustetuissa reaktoreissa, kuten Tšernobyl # 4). U-238 toimii täyteaineena ja pitää halkeamiskelpoiset U-235-atomit riittävän erillään estääkseen ylikriittisyyden matalan kynnyksen yläpuolella. toimia suunnitellulla tavalla. Nopea kriittisyys on tienviitta räjähdyksen tielle.
Huomaa: Huomasin, että yllä olevien dollarilukujen numerot olivat poissa käytöstä. Katso määritelmät alla olevasta keskustelusta. Olen myös korjannut yllä olevat luvut, joten nyt kaikki ovat sopineet.
Vastaus
Hajoamisen takia on kahden tyyppisiä neutroneja.
Nopeat ja viivästyneet neutronit.
Nopeat neutronit ovat itse fissioiden tuottamia ja voivat siirtyä iskemään muita atomeja aiheuttaen enemmän fissiota.
viivästyneitä neutroneja vapautuu fissiotuotteina itse hajoavat vapauttaen lisää neutroneja.
Kriittisyys on, kun vapautuneiden neutronien määrä on täsmälleen tarvittava määrä reaktion ylläpitämiseen, jossa keskimäärin jokainen vapautunut neutroni aiheuttaa yhden uuden fissiotapahtuman. Tämä on täsmälleen kohdassa K = 1
Jos K on alle 1, vapautuvien neutronien lukumäärä ei ole itsensä ylläpitävä, eikä jokainen neutroni aiheuta keskimäärin uutta fissiotapahtumaa. Jotkut aiheuttavat, mutta eivät kaikki, ja reaktio loppuu.
Vain viivästyneiden neutronien vapautuminen viivästymisestä rappeutumisen sijasta mahdollistaa nopean neutronien hallinnan tietyssä määrin reaktioprosessi. tämä on tarpeen ydinreaktorin hallitsemiseksi.
Juuri kun K = 1 molempien tyyppien, kehotuksen ja viiveen summasta, reaktio on vakaa ja hallittavissa.
Kun reaktio menee kriittiseksi heti pelkät nopeat neutronit viivästyneistä neutroneista riippumatta … mikä on nopea kriittinen ja ketjureaktio kasvaa eksponentiaalisesti ajan myötä paljon nopeammin kuin ihmiset tai jopa tietokoneohjatut laitteet pystyvät reagoimaan. Se on hallitsematon ja johtaa katastrofiin.
Tämä ei silti riitä ydinräjähdyksen aikaansaamiseksi. Se on ydinonnettomuus (Ajattele: Tšernobyl), mutta ei ydinräjähdys.
Kun reaktiomassa on nopeasti kriittinen, energian vapautuminen on paljon nopeampaa kuin jopa ketjureaktion fissio kaksinkertaistuminen. reaktiomassa puhaltaa itsensä ennen kuin massa voidaan täysin kuluttaa fissioketjureaktiossa.
Jotta ydinase räjähtäisi, sinun on mentävä ylikriittiseen, jossa reaktiomassa saatetaan kriittiseksi ja pidetään siellä tarpeeksi kauan, jotta koko massa fissioituu puhaltamatta itseään ensin. Tämä on ydinaseiden suunnittelun todellinen temppu. Kuinka saada massa menemään ylikriittiseksi ilman etukäteen asettamista kuohuviininä.
Siksi ydinvoimalat eivät voi räjähtää kuin ydinase. Ydinreaktorit eivät voi räjähtää kuin ydinpommi, koska niitä ei ole suunniteltu tekemään niin. Ydinpommit eivät halua räjähtää, he haluavat vain puhaltaa itsensä erilleen. ne on suunniteltava ja pakotettava tekemään niin, muuten kaikki, mitä saat kuohuviininä.