Migliore risposta
Cominciamo con alcune parole: la criticità si riferisce alla capacità di una quantità di materiale fissile per supportare la reazione nucleare a catena, in cui un neutrone fissione un atomo di uranio, rilasciando almeno due o più neutroni per continuare a fissione di altri atomi nel materiale. Questo deve tenere in considerazione le perdite di neutroni nellambiente esterno, la cattura di neutroni da parte di altri atomi, la cattura invece della fissione nei materiali e così via. Quando ciò accade, lattività nucleare nella massa aumenta in modo esponenziale. Esistono, tuttavia, esponenziali lenti (come laccelerazione dellespansione delluniverso) e quelli veloci.
supercritico – il regime di attività di fissione che è almeno critico, cioè fa aumentare lattività in modo esponenziale. Questo è il regime in cui funzionano i reattori nucleari.
prontamente critico: ci sono due modi in cui i neutroni vengono prodotti in un evento di fissione. Ci sono neutroni pronti che vengono liberati dalla fissione e sono disponibili per causare fissioni entro circa 10 nanosecondi dal rilascio; questi sono quelli che vedete nelle animazioni pulite del processo di fissione. Il secondo tipo viene creato dopo un ritardo (che coinvolge materiali intermedi, di cui non ho bisogno di entrare) che può variare da un microsecondo a decine di minuti. Se il tuo reattore si trova sul filo del rasoio della criticità, spingerlo leggermente verso lalto causerà il suddetto aumento esponenziale degli eventi di fissione: la somma dei neutroni rapidi più i neutroni ritardati è appena al di sopra di ciò che è necessario per mantenere il processo dalla morte, e la curva si alza lentamente – abbastanza lentamente da essere controllabile da un essere umano ai controlli. Man mano che lattività diventa più veloce, vengono creati neutroni più rapidi, rendendo i neutroni ritardati meno necessari per supportare la criticità e la curva esponenziale aumenta più velocemente. La tempestiva criticità si verifica nel punto in cui non sono necessari neutroni ritardati; laumento della curva esponenziale è dellordine di decine di nanosecondi, più veloce di quanto luomo o il computer possano reagire.
Inutile dire che le bombe a fissione entrano e superano il punto di immediata criticità. Sono progettati in modo che il materiale diventi così critico che una generazione di produzione di neutroni avviene ogni 10 nanosecondi e 80 o più di tali generazioni possono verificarsi prima che lesplosione interrompa il materiale, diffondendolo allinferno e sparendo. 800 nanosecondi in tutto, meno di un microsecondo.
I fisici hanno una misura per la criticità di un evento. Critical si chiama 1 dollaro; la criticità immediata avviene a 2 dollari. La criticità allinterno di una bomba a fissione va da $ 2 a $ 3 durante lintervallo lungo 1 microsecondo in cui avviene la fissione. Dopodiché, il resto è solo la natura che riafferma uno stato di equilibrio nel modo migliore che conosce.
I reattori nucleari, daltra parte, funzionano tra $ 1 e $ 2 e mantengono un buon margine a partire da $ 2. Infatti, quando sono attivi e gestiscono un carico di potenza a regime (operazioni normali), funzionano entro un intervallo di $ 0,95 e $ 1,05 mentre i loro carichi aumentano e diminuiscono.
Perché un reattore di potenza civile utilizza solo carburante leggermente arricchito non ha la capacità di esplodere come una bomba. Quello che può fare, se diventa immediatamente critico, è fondere il nocciolo del reattore (nei reattori a combustibile solido, come Chernobyl n. 4). LU-238 funge da riempitivo e mantiene gli atomi fissili dellU-235 abbastanza separati da impedire la supercriticità al di sopra di una soglia bassa.
Quindi, la criticità immediata è il limite che una bomba a fissione deve soddisfare e superare per operare nella sua capacità progettata. La tempestiva criticità è un segnale sul percorso verso lesplosione.
Nota: ho scoperto che i miei numeri per le cifre in dollari sopra erano errati. Vedere la discussione di seguito per le definizioni. Ho corretto anche i numeri sopra così ora sono tutti daccordo.
Risposta
Ci sono due tipi di neutroni emessi a causa della fissione.
I neutroni rapidi e ritardati.
I neutroni rapidi sono quelli prodotti dalla fissione stessa e possono passare a colpire altri atomi provocando una maggiore fissione.
I neutroni ritardati vengono rilasciati come prodotti di fissione stessi decadono, rilasciando più neutroni.
CRITICITÀ si ha quando il numero di neutroni rilasciati è esattamente il numero necessario per sostenere una reazione dove in media ogni neutrone rilasciato causerà un ulteriore evento di fissione. Questo è esattamente a K = 1
Se K è inferiore a 1, il numero di neutroni rilasciati non è autosufficiente e non tutti i neutroni causeranno in media un evento di fissione aggiuntivo.Alcuni lo faranno, ma non tutti e la reazione si estinguerà.
È solo il ritardo nel rilascio dei neutroni ritardati dal decadimento, piuttosto che i neutroni pronti, che consente un certo grado di controllo su e processo di reazione. questo è necessario per controllare un reattore nucleare.
È quando K = 1 dalla somma di entrambi i tipi, sia del prompt che del ritardato … che una reazione è stabile e controllabile.
Quando una reazione diventa critica da solo i neutroni pronti da soli indipendentemente dai neutroni ritardati … questo è critico e la reazione a catena cresce in modo esponenziale nel tempo molto più velocemente di quanto gli esseri umani o anche le apparecchiature controllate dal computer possano reagire. È incontrollabile e porta al disastro.
Questo non è ancora sufficiente per creare unesplosione nucleare. Sarà un disastro nucleare (pensa: Chernobyl), ma non una detonazione nucleare.
Poiché la massa di reazione diventa immediatamente critica, il rilascio di energia è molto più veloce persino del raddoppio della fissione della reazione a catena. la massa di reazione si esplode prima che la massa possa essere completamente consumata dalla reazione a catena di fissione.
Affinché unarma nucleare esploda, devi diventare supercritica, dove la massa di reazione viene portata a livello critico e mantenuta lì abbastanza a lungo perché lintera massa subisca la fissione senza prima esplodere. Questo è il vero trucco della progettazione di armi nucleari. Come fare in modo che una massa diventi supercritica senza predetonazione come un fiasco.
È anche il motivo per cui le centrali nucleari non possono esplodere come unarma nucleare. I reattori nucleari NON POSSONO esplodere come una bomba nucleare perché non sono progettati per farlo. Le bombe nucleari non vogliono esplodere, vogliono solo far saltare in aria se stesse. devono essere appositamente progettati e costretti a farlo altrimenti tutto si ottiene come un fiasco.