Beste svaret
La oss starte med noen ord: kritikk refererer til evnen til en mengde av et fissilt materiale for å støtte kjernefysisk kjedereaksjon, der et nøytron splitter et uranatom og frigjør minst to eller flere nøytroner for å fortsette å splitte andre atomer i materialet. Dette må ta hensyn til tap av nøytroner i det ytre miljøet, fangst av nøytroner av andre atomer, fangst i stedet for fisjon i materialene og så videre. Når det skjer, øker kjernefysisk aktivitet i massen eksponentielt. Det er imidlertid sakte eksponentielle (som akselerasjonen til at universet ekspanderer) og raske.
superkritisk – regimet for fisjoneringsaktivitet som i det minste er kritisk, det vil si at aktiviteten øker eksponentielt. Dette er regimet kjernefysiske reaktorer kjører.
raskt kritisk – det er to måter nøytroner blir produsert i en fisjonshendelse. Det er hurtige nøytroner som frigjøres ved fisjonen og er tilgjengelige for å forårsake fisjon innen ca. 10 nanosekunder etter frigjøring; dette er de du ser i de pene animasjonene av splittelsesprosessen. Den andre typen er opprettet etter en forsinkelse (som involverer mellomliggende materialer, som jeg ikke trenger å gå inn på) som kan være alt fra et mikrosekund til titalls minutter. Hvis reaktoren din sitter på kritikkens knivkant, vil det å skyve den litt opp føre til den nevnte eksponentielle økningen i fisjonshendelser – summen av de hurtige nøytronene pluss de forsinkede nøytronene er like over det som trengs for å beholde prosessen fra å dø, og kurven stiger sakte – sakte nok til å være kontrollerbar av et menneske og kontrollene. Når aktiviteten blir raskere, opprettes raskere nøytroner, noe som gjør de forsinkede nøytronene mindre nødvendige for å støtte kritikk, og den eksponensielle kurven stiger raskere. Rask kritikk finner sted på det punktet hvor det ikke kreves noen forsinkede nøytroner; økningen i den eksponentielle kurven er i størrelsesorden ti titalls nanosekunder, raskere enn mennesket eller datamaskinen kan reagere på.
Unødvendig å si, fisjonsbomber løper i og over punktet for rask kritikk. De er utformet slik at materialet blir så kritisk at en generasjon av nøytronproduksjon skjer hver 10. nanosekund, og 80 eller flere slike generasjoner kan oppstå før eksplosjonen forstyrrer materialet og sprer det til helvete og er borte. 800 nanosekunder fortalt, mindre enn en mikrosekund.
Fysikerne har en måling for kritikken til en hendelse. Kritisk kalles 1 dollar; rask kritikk skjer på 2 dollar. Kritikken i en fisjonbombe løper inn i $ 2 til $ 3 i løpet av det 1 mikrosekund lange intervallet der fisjon skjer. Etter det er resten bare naturen som gjenoppretter en likevektstilstand på den beste måten hun vet hvordan.
Atomreaktorer opererer derimot mellom $ 1 og $ 2, og holder seg en god margin sky fra $ 2. Når de er oppe og håndterer en kraftbelastning i jevn tilstand (normal drift), jobber de innenfor et område på $ 0,95 og $ 1,05 når lastene deres går opp og ned.
Fordi en sivil kraftreaktor bruker bare litt beriket drivstoff har den ikke muligheten til å eksplodere som en bombe. Det den kan gjøre, hvis det blir raskt-kritisk, er å smelte ned reaktorkjernen (i fastdrevne reaktorer, som Tsjernobyl nr. 4). U-238 fungerer som fyllstoff og holder de spaltbare U-235-atomene atskilt nok til å forhindre superkritikk over en lav terskel.
Så rask kritikk er grensen for at en fisjoneringsbombe må oppfylle og overstige å operere i sin utformede kapasitet. Rask kritikk er et skilt på veien mot eksplosjonen.
Merk: Jeg fant ut at tallene mine for dollar-tall ovenfor var av. Se diskusjonen nedenfor for definisjoner. Jeg har også korrigert tallene ovenfor, så nå er alle enige.
Svar
Det er to typer nøytroner avgitt på grunn av fisjon.
Raske og forsinkede nøytroner.
Raske nøytroner er de som er produsert av selve fisjonen og kan gå videre til å slå andre atomer og forårsake mer fisjon.
forsinkede nøytroner frigjøres som fisjonsproduktene. selv forfaller, og frigjør flere nøytroner.
KRITIKALITET er når antall frigitte nøytroner er nøyaktig det antallet som trengs for å opprettholde en reaksjon der i gjennomsnitt hvert frigjort nøytron vil forårsake en ekstra fisjonshendelse. Dette er nøyaktig ved K = 1
Hvis K er mindre enn 1, er antall frigjørte nøytroner ikke selvbærende, og ikke hvert nøytron vil i gjennomsnitt forårsake en ekstra fisjonshendelse. Noen vil, men ikke alle, og reaksjonen dør ut.
Det er bare forsinkelsen i frigjøringen av de forsinkede nøytronene fra forfall, snarere enn de hurtige nøytronene, som tillater en viss kontroll over reaksjonsprosessen. dette er nødvendig for å kontrollere en atomreaktor.
Det er når K = 1 fra summen av begge typer, spørringen så vel som den forsinkede … at en reaksjon er stabil og kontrollerbar.
Når en reaksjon blir kritisk fra bare de raske nøytronene alene, uavhengig av de forsinkede nøytronene … det er raskt kritisk, og kjedereaksjonen vokser eksponentielt med tiden langt raskere enn mennesker eller til og med datastyrt utstyr kan reagere. Det er ukontrollerbart og fører til katastrofe.
Dette er fortsatt ikke nok til å skape en atomeksplosjon. Det vil være en atomkatastrofe (Tenk: Tsjernobyl), men ikke en kjernefysisk detonasjon.
Ettersom reaksjonsmassen blir raskt kritisk, er frigjøringen av energi langt raskere enn til og med fisjonens dobling av kjedereaksjonen. reaksjonsmassen blåser seg fra hverandre før massen kan konsumeres fullstendig av fisjonskjedereaksjonen. lenge nok til at hele massen kan gjennomgå fisjon uten å blåse fra hverandre først. Dette er det virkelige trikset med atomvåpendesign. Hvordan få en masse til å bli superkritisk uten forutbestemmelse som sprut.
Det er også derfor at atomkraftverk ikke kan eksplodere som et atomvåpen. Atomreaktorer KAN IKKE eksplodere som en atombombe fordi de ikke er designet for å gjøre det. Atombomber vil ikke detonere, de vil bare blåse seg fra hverandre. de må være spesialdesignet og tvunget til å gjøre det ellers får du alt som en brus.