Melhor resposta
Vamos começar com algumas palavras: criticidade refere-se à capacidade de uma quantidade de um material físsil para apoiar a reação em cadeia nuclear, na qual um nêutron fissiona um átomo de urânio, liberando pelo menos dois ou mais nêutrons para continuar a fissão de outros átomos no material. Isso deve levar em consideração as perdas de nêutrons no ambiente externo, a captura de nêutrons por outros átomos, a captura em vez da fissão nos materiais e assim por diante. Quando isso acontece, a atividade nuclear na massa aumenta exponencialmente. Existem, no entanto, exponenciais lentas (como a aceleração da expansão do universo) e rápidas.
supercríticas – o regime de atividade de fissão que é pelo menos crítico, isto é, faz com que a atividade aumente exponencialmente. Este é o regime em que os reatores nucleares funcionam.
crítica imediata – há duas maneiras pelas quais os nêutrons são produzidos em um evento de fissão. Existem nêutrons imediatos que são liberados pela fissão e estão disponíveis para causar fissões em cerca de 10 nanossegundos após a liberação; esses são os que você vê nas animações elegantes do processo de fissão. O segundo tipo é criado após um atraso (envolvendo materiais intermediários, que não preciso entrar em detalhes), que pode ser de um microssegundo a dezenas de minutos. Se o seu reator está no fio da navalha da criticidade, então empurrá-lo um pouco para cima causará o aumento exponencial mencionado acima nos eventos de fissão – a soma dos nêutrons imediatos mais os nêutrons atrasados é um pouco acima do que é necessário para manter o processo de morrer, e a curva sobe lentamente – lentamente o suficiente para ser controlável por um humano pelos controles. À medida que a atividade se torna mais rápida, mais nêutrons imediatos são criados, tornando os nêutrons atrasados menos necessários para suportar a criticidade, e a curva exponencial aumenta mais rapidamente. A criticidade imediata ocorre no ponto em que nenhum nêutron retardado é necessário; o aumento da curva exponencial é da ordem de dezenas de nanossegundos, mais rápido do que o homem ou o computador podem reagir.
Nem é preciso dizer que as bombas de fissão funcionam dentro e acima do ponto de crítica imediata. Eles são projetados para que o material se torne tão crítico que uma geração de produção de nêutrons aconteça a cada 10 nanossegundos, e 80 ou mais dessas gerações podem ocorrer antes que a explosão interrompa o material, espalhando-o para o inferno e desaparecendo. 800 nanossegundos ao todo, menos de um microssegundo.
Os físicos têm uma medida para a criticidade de um evento. O crítico é chamado de 1 dólar; a criticidade imediata chega a 2 dólares. A criticidade dentro de uma bomba de fissão atinge os US $ 2 a US $ 3 durante o longo intervalo de 1 microssegundo em que a fissão acontece. Depois disso, o resto é apenas a natureza reafirmando um estado de equilíbrio da melhor maneira que ela sabe.
Os reatores nucleares, por outro lado, operam entre US $ 1 e US $ 2, e têm uma boa margem de US $ 2. Na verdade, quando eles estão ativados e lidando com uma carga de energia em estado estacionário (operações normais), eles trabalham dentro de uma faixa de $ 0,95 e $ 1,05 conforme suas cargas aumentam e diminuem.
Porque um reator de energia civil usa combustível apenas ligeiramente enriquecido, não tem a capacidade de explodir como uma bomba. O que ele pode fazer, se for crítico imediato, é derreter o núcleo do reator (em reatores de combustível sólido, como Chernobyl # 4). O U-238 atua como um enchimento e mantém os átomos fissionáveis do U-235 separados o suficiente para evitar a supercriticalidade acima de um limite baixo.
Assim, a criticidade imediata é o limite que uma bomba de fissão deve atingir e exceder operar em sua capacidade projetada. A criticidade imediata é uma indicação no caminho para a explosão.
Observação: descobri que meus números em dólares acima estavam errados. Veja a discussão abaixo para definições. Eu corrigi os números acima também, então agora todos estão de acordo.
Resposta
Existem dois tipos de nêutrons liberados por causa da fissão.
Nêutrons imediatos e retardados.
Nêutrons imediatos são aqueles produzidos pela própria fissão e podem se mover para atingir outros átomos, causando mais fissão.
nêutrons retardados são liberados como produtos da fissão eles próprios decaem, liberando mais nêutrons.
CRITICALIDADE é quando o número de nêutrons liberados é exatamente o número necessário para sustentar uma reação onde, em média, cada nêutron liberado causará um evento de fissão adicional. Isso é exatamente em K = 1
Se K for menor que 1, então o número de nêutrons liberados não é autossustentável e nem todos os nêutrons causarão em média um evento de fissão adicional. Alguns irão, mas não todos, e a reação morre.
É apenas o atraso na liberação dos nêutrons retardados do decaimento, ao invés dos nêutrons imediatos, que permite um certo grau de controle sobre o e processo de reação. isso é necessário para controlar um reator nuclear.
É quando K = 1 da soma de ambos os tipos, tanto o prompt quanto o atrasado … que uma reação é estável e controlável.
Quando uma reação torna-se crítica apenas os nêutrons imediatos sozinhos, independentemente dos nêutrons atrasados … isso é Prompt Critical e a reação em cadeia cresce exponencialmente com o tempo muito mais rápido do que humanos ou mesmo equipamentos controlados por computador podem reagir. É incontrolável e leva ao desastre.
Isso ainda não é suficiente para criar uma explosão nuclear. Será um desastre nuclear (pense em Chernobyl), mas não uma detonação nuclear.
Conforme a massa de reação torna-se crítica, a liberação de energia é muito mais rápida do que a duplicação da fissão da reação em cadeia. a massa de reação se explode antes que a massa possa ser totalmente consumida pela reação em cadeia de fissão.
Para uma arma nuclear detonar, você tem que ir Supercrítico, onde a massa de reação é levada ao ponto crítico e mantida lá tempo suficiente para que toda a massa sofra fissão sem se fragmentar primeiro. Este é o verdadeiro truque do projeto de armas nucleares. Como fazer com que uma massa se torne supercrítica sem pré-detonação como uma falha.
É também por isso que as usinas nucleares não podem explodir como uma arma nuclear. Os reatores nucleares NÃO PODEM explodir como uma bomba nuclear porque não foram projetados para isso. As bombas nucleares não querem detonar, querem apenas explodir. eles têm que ser especialmente projetados e forçados a fazê-lo, caso contrário, tudo o que você obterá será como uma falha.