Meilleure réponse
Commençons par quelques mots: la criticité fait référence à la capacité dune quantité de matière fissile pour soutenir la réaction nucléaire en chaîne, dans laquelle un neutron fissionne un atome duranium, libérant au moins deux neutrons ou plus pour continuer à fissioner dautres atomes du matériau. Cela doit prendre en compte les pertes de neutrons dans lenvironnement extérieur, la capture de neutrons par dautres atomes, la capture au lieu de la fission dans les matériaux, etc. Lorsque cela se produit, lactivité nucléaire dans la masse augmente de façon exponentielle. Il existe cependant des exponentielles lentes (comme laccélération de lexpansion de lunivers) et rapides.
supercritique – le régime dactivité de fission qui est au moins critique, cest-à-dire provoque une augmentation exponentielle de lactivité. Cest le régime dans lequel fonctionnent les réacteurs nucléaires.
rapide critique – il y a deux façons dont les neutrons sont produits lors dun événement de fission. Il existe des neutrons rapides qui sont libérés par la fission et sont disponibles pour provoquer des fissions dans les 10 nanosecondes environ suivant leur libération; ce sont ceux que vous voyez dans les animations soignées du processus de fission. Le second type est créé après un délai (impliquant des matériaux intermédiaires, que je nai pas besoin dentrer) qui peut aller de la microseconde à des dizaines de minutes. Si votre réacteur est assis sur le bord du couteau de la criticité, alors le pousser un peu vers le haut provoquera laugmentation exponentielle susmentionnée des événements de fission – la somme des neutrons rapides plus les neutrons retardés est juste au-dessus de ce qui est nécessaire pour maintenir le processus de la mort, et la courbe monte lentement – assez lentement pour être contrôlable par un humain et les commandes. Au fur et à mesure que lactivité saccélère, des neutrons plus rapides sont créés, ce qui rend les neutrons retardés moins nécessaires pour soutenir la criticité, et la courbe exponentielle augmente plus rapidement. La criticité rapide a lieu au point où aucun neutron retardé nest requis du tout; lélévation de la courbe exponentielle est de lordre de quelques dizaines de nanosecondes, plus rapide que ne peut réagir lhomme ou lordinateur.
Inutile de dire que les bombes à fission tournent dans et au-dessus du point de criticité rapide. Ils sont conçus pour que le matériau devienne si critique quune génération de production de neutrons se produit toutes les 10 nanosecondes, et 80 ou plus de ces générations peuvent se produire avant que lexplosion ne perturbe le matériau, le propage en enfer et disparaisse. 800 nanosecondes en tout, moins dune microseconde.
Les physiciens ont une mesure de la criticité dun événement. Critical sappelle 1 dollar; la criticité rapide arrive à 2 dollars. La criticité dune bombe à fission se situe entre 2 et 3 dollars pendant lintervalle de 1 microseconde dans lequel la fission se produit. Après cela, le reste nest que la nature qui réaffirme un état déquilibre de la meilleure façon quelle sait.
Les réacteurs nucléaires, par contre, fonctionnent entre 1 $ et 2 $, et restent une bonne marge timide de 2 $. En fait, lorsquils sont en marche et manipulent une charge électrique à létat stable (fonctionnement normal), ils fonctionnent dans une fourchette de 0,95 USD à 1,05 USD lorsque leurs charges augmentent et diminuent.
Parce quun réacteur de puissance civil utilise seulement un carburant légèrement enrichi, il na pas la capacité dexploser comme une bombe. Ce quil peut faire, sil devient rapidement critique, cest fondre le cœur du réacteur (dans des réacteurs à combustible solide, comme Tchernobyl # 4). Le U-238 agit comme un remplisseur et maintient les atomes U-235 fissiles suffisamment séparés pour empêcher la super-criticité au-dessus dun seuil bas.
Ainsi, la criticité rapide est la limite quune bombe à fission doit atteindre et dépasser pour fonctionner dans sa capacité prévue. La criticité rapide est un panneau indiquant le chemin de lexplosion.
Remarque: jai trouvé que mes chiffres pour les montants en dollars ci-dessus étaient erronés. Voir la discussion ci-dessous pour les définitions. Jai aussi corrigé les nombres ci-dessus, donc maintenant tous sont daccord.
Réponse
Il existe deux types de neutrons émis à cause de la fission.
Neutrons rapides et retardés.
Les neutrons rapides sont ceux produits par la fission elle-même et peuvent se déplacer pour frapper dautres atomes, provoquant davantage de fission.
Des neutrons retardés sont libérés sous forme de produits de fission se désintègrent, libérant plus de neutrons.
La CRITICALITÉ est quand le nombre de neutrons libérés est exactement le nombre nécessaire pour soutenir une réaction où en moyenne chaque neutron libéré provoquera un événement de fission supplémentaire. Cest exactement à K = 1
Si K est inférieur à 1, alors le nombre de neutrons libérés nest pas auto-entretenu et tous les neutrons ne causeront pas en moyenne un événement de fission supplémentaire. Certains le feront, mais pas tous et la réaction séteindra.
Cest seulement le retard dans la libération des neutrons retardés de la désintégration, plutôt que les neutrons rapides, qui permet un degré de contrôle sur th e processus de réaction. cela est nécessaire pour contrôler un réacteur nucléaire.
Cest quand K = 1 de la somme des deux types, linvite ainsi que le retardé… quune réaction est stable et contrôlable.
Quand une réaction devient critique à partir de seulement les neutrons rapides seuls quels que soient les neutrons retardés… cest-à-dire Prompt Critical et la réaction en chaîne se développe de façon exponentielle avec le temps beaucoup plus vite que les humains ou même les équipements contrôlés par ordinateur ne peuvent réagir. Il est incontrôlable et mène au désastre.
Ce nest toujours pas suffisant pour créer une explosion nucléaire. Ce sera une catastrophe nucléaire (pensez: Tchernobyl), mais pas une détonation nucléaire.
Comme la masse de réaction devient rapidement critique, la libération dénergie est bien plus rapide que même le doublement de la fission de la réaction en chaîne. la masse de réaction se désagrège avant que la masse ne puisse être entièrement consommée par la réaction de fission en chaîne.
Pour quune arme nucléaire détone, vous devez devenir supercritique, où la masse de réaction est amenée à critique et y est maintenue assez longtemps pour que la masse entière subisse une fission sans se souffler dabord. Cest le vrai truc de la conception des armes nucléaires. Comment faire en sorte quune masse devienne supercritique sans prédétonation comme un fizzle.
Cest aussi pourquoi les centrales nucléaires ne peuvent pas exploser comme une arme nucléaire. Les réacteurs nucléaires NE PEUVENT PAS exploser comme une bombe nucléaire car ils ne sont pas conçus pour le faire. Les bombes nucléaires ne veulent pas exploser, elles veulent juste se faire exploser. ils doivent être spécialement conçus et forcés de le faire sinon tout ce que vous obtenez comme un pétillement.