Najlepsza odpowiedź
Zacznijmy od kilku słów: krytyczność odnosi się do zdolności określonej ilości materiału rozszczepialnego do wspierania jądrowej reakcji łańcuchowej, w której neutron rozszczepia atom uranu, uwalniając co najmniej dwa lub więcej neutronów, aby rozszczepić inne atomy w materiale. Musi to uwzględniać straty neutronów do środowiska zewnętrznego, wychwytywanie neutronów przez inne atomy, wychwytywanie zamiast rozszczepienia w materiałach i tak dalej. Kiedy tak się dzieje, aktywność jądrowa w masie wzrasta wykładniczo. Istnieją jednak wykładnicze powolne (takie jak przyspieszenie rozszerzania się Wszechświata) i szybkie.
nadkrytyczne – reżim rozszczepienia, który jest co najmniej krytyczny, to znaczy powoduje wykładniczy wzrost aktywności. To jest reżim, w którym działają reaktory jądrowe.
natychmiastowy krytyczny – istnieją dwa sposoby, w których neutrony są wytwarzane w przypadku rozszczepienia. Istnieją neutrony, które są uwalniane w wyniku rozszczepienia i są dostępne do wywołania rozszczepień w ciągu około 10 nanosekund od uwolnienia; to te, które widzisz w zgrabnych animacjach procesu rozszczepienia. Drugi rodzaj jest tworzony po opóźnieniu (dotyczącym materiałów pośrednich, w które nie muszę wchodzić), które może wynosić od mikrosekundy do kilkudziesięciu minut. Jeśli twój reaktor znajduje się na krawędzi noża krytycznego, to przesunięcie go nieco w górę spowoduje wspomniany wcześniej wykładniczy wzrost zdarzeń rozszczepienia – suma neutronów natychmiastowych i neutronów opóźnionych jest tuż powyżej tego, co jest potrzebne do utrzymania proces od umierania, a krzywa wznosi się powoli – wystarczająco wolno, aby człowiek mógł ją kontrolować. Gdy aktywność staje się szybsza, powstają szybsze neutrony, przez co neutrony opóźnione są mniej potrzebne do wspierania krytyczności, a krzywa wykładnicza rośnie szybciej. Natychmiastowa krytyczność ma miejsce w punkcie, w którym w ogóle nie są potrzebne żadne opóźnione neutrony; wzrost krzywej wykładniczej jest rzędu kilkudziesięciu nanosekund, szybciej niż człowiek lub komputer może zareagować.
Nie trzeba dodawać, że bomby rozszczepialne docierają do punktu krytycznej krytyczności i przekraczają go. Zostały zaprojektowane w taki sposób, aby materiał stał się tak krytyczny, że generacja neutronów zachodzi co 10 nanosekund, a 80 lub więcej takich pokoleń może nastąpić, zanim eksplozja zakłóci materiał, rozprzestrzeniając go do piekła i znikając. W sumie 800 nanosekund, mniej niż mikrosekunda.
Fizycy dysponują miarą krytyczności zdarzenia. Krytyczny to 1 dolar; natychmiastowa krytyczność występuje za 2 dolary. Krytyczność w bombie rozszczepieniowej wynosi od 2 do 3 dolarów podczas 1-mikrosekundowego okresu, w którym następuje rozszczepienie. Potem reszta to po prostu natura, która przywraca stan równowagi w najlepszy możliwy sposób.
Z drugiej strony reaktory jądrowe działają od 1 do 2 USD i pozostają na dobrym marginesie od 2 USD. W rzeczywistości, gdy są włączone i obsługują obciążenie mocy w stanie ustalonym (normalne działanie), pracują w zakresie od 0,95 USD do 1,05 USD, gdy ich obciążenia rosną i maleją.
Ponieważ cywilny reaktor mocy wykorzystuje tylko lekko wzbogacone paliwo nie ma zdolności wybuchu jak bomba. To, co może zrobić, jeśli stanie się krytyczny, to stopienie rdzenia reaktora (w reaktorach na paliwo stałe, takich jak Czarnobyl nr 4). U-238 działa jak wypełniacz i utrzymuje rozszczepialne atomy U-235 wystarczająco oddzielone, aby zapobiec nadkrytyczności powyżej niskiego progu.
Tak więc krytyczność natychmiastowa jest granicą, którą bomba rozszczepialna musi osiągnąć i przekroczyć działać w przewidzianym dla niego zakresie. Natychmiastowa krytyczność jest drogowskazem na drodze do eksplozji.
Uwaga: stwierdziłem, że podane powyżej wartości w dolarach były nieprawidłowe. Definicje znajdują się w dyskusji poniżej. Poprawiłem powyższe liczby, więc teraz wszystkie są zgodne.
Odpowiedź
Istnieją dwa rodzaje neutronów wydzielanych z powodu rozszczepienia.
Neutrony szybkie i opóźnione.
Neutrony ostrzegawcze to te wytwarzane przez samo rozszczepienie i mogą przejść do uderzenia w inne atomy, powodując więcej rozszczepienia.
opóźnione neutrony są uwalniane jako produkty rozszczepienia rozpadają się, uwalniając więcej neutronów.
KRYTYCZNOŚĆ występuje wtedy, gdy liczba uwolnionych neutronów jest dokładnie taką liczbą potrzebną do podtrzymania reakcji, w której średnio każdy uwolniony neutron spowoduje jedno dodatkowe zdarzenie rozszczepienia. To jest dokładnie przy K = 1
Jeśli K jest mniejsze niż 1, to liczba uwolnionych neutronów nie jest samowystarczalna i nie każdy neutron powoduje średnio dodatkowe zdarzenie rozszczepienia. Niektóre będą, ale nie wszystkie, i reakcja zaniknie.
Tylko opóźnienie w uwolnieniu opóźnionych neutronów z rozpadu, a nie neutrony natychmiastowe, pozwala na pewien stopień kontroli nad Proces reakcji. jest to konieczne do sterowania reaktorem jądrowym.
Kiedy K = 1 z sumy obu typów, zarówno zachęty, jak i opóźnienia…, reakcja jest stabilna i kontrolowana.
Gdy reakcja staje się krytyczna same natychmiastowe neutrony, niezależnie od opóźnionych neutronów… to znaczy Prompt Critical, a reakcja łańcuchowa rośnie wykładniczo z czasem znacznie szybciej niż ludzie, a nawet sprzęt sterowany komputerowo mogą reagować. Jest niekontrolowany i prowadzi do katastrofy.
To wciąż za mało, aby wywołać eksplozję jądrową. Będzie to katastrofa nuklearna (pomyśl: Czarnobyl), ale nie wybuch jądrowy.
Ponieważ masa reakcyjna staje się krytyczna, uwalnianie energii jest znacznie szybsze niż nawet podwojenie reakcji łańcuchowej przez rozszczepienie. masa reakcyjna rozpada się, zanim masa zostanie całkowicie zużyta w reakcji łańcuchowej rozszczepienia.
Aby broń nuklearna zdetonowała, musisz przejść w stan nadkrytyczny, gdzie masa reakcyjna jest doprowadzana do wartości krytycznej i tam utrzymywana wystarczająco długo, aby cała masa uległa rozszczepieniu bez uprzedniego rozerwania się. To jest prawdziwa sztuczka projektowania broni jądrowej. Jak sprawić, by masa przeszła w stan nadkrytyczny bez uprzedniej detonacji jako klęski.
Z tego też powodu elektrownie atomowe nie mogą eksplodować jak broń jądrowa. Reaktory jądrowe NIE MOGĄ wybuchnąć jak bomba atomowa, ponieważ nie są do tego zaprojektowane. Bomby atomowe nie chcą wybuchnąć, po prostu chcą się rozerwać. muszą być specjalnie zaprojektowane i do tego zmuszone, w przeciwnym razie wszystko, co otrzymasz, będzie bez sensu.