Cel mai bun răspuns
Să începem cu câteva cuvinte: criticitatea se referă la capacitatea unei cantități de material fisibil pentru a susține reacția în lanț nuclear, în care un neutron fisionează un atom de uraniu, eliberând cel puțin doi sau mai mulți neutroni pentru a continua fisionarea altor atomi din material. Acest lucru trebuie să ia în considerare pierderile de neutroni în mediul exterior, captarea neutronilor de către alți atomi, captarea în loc de fisiune în materiale și așa mai departe. Când se întâmplă acest lucru, activitatea nucleară din masă crește exponențial. Cu toate acestea, există exponențiale lente (cum ar fi accelerarea expansiunii universului) și rapide.
supercritic – regimul activității de fisiune care este cel puțin critic, adică determină creșterea exponențială a activității. Acesta este regimul în care funcționează reactoarele nucleare.
prompt critic – există două moduri în care neutronii sunt produși într-un eveniment de fisiune. Există neutroni prompti care sunt eliberați de fisiune și sunt disponibili pentru a provoca fisiuni în decurs de aproximativ 10 nanosecunde de eliberare; acestea sunt cele pe care le vedeți în animațiile îngrijite ale procesului de fisiune. Al doilea tip este creat după o întârziere (care implică materiale intermediare, în care nu trebuie să intru), care poate fi de la o microsecundă la zeci de minute. Dacă reactorul dvs. este așezat pe marginea criticului cuțitului, atunci împingându-l doar puțin în sus va provoca creșterea exponențială menționată mai sus a evenimentelor de fisiune – suma neutronilor promiți plus neutronii întârziați este chiar peste ceea ce este necesar pentru a menține procesul de la moarte, iar curba crește încet – suficient de încet pentru a putea fi controlată de către un om. Pe măsură ce activitatea devine mai rapidă, se creează neutroni mai prompti, ceea ce face ca neutronii întârziați să fie mai puțin necesari pentru a susține criticitatea, iar curba exponențială crește mai repede. Criticitatea promptă are loc în punctul în care nu sunt necesari deloc neutroni întârziați; creșterea curbei exponențiale este de ordinul a zeci de nanosecunde, mai rapidă decât poate reacționa omul sau computerul.
Inutil să spunem că bombele de fisiune rulează și depășesc punctul de criticitate promptă. Acestea sunt concepute astfel încât materialul să devină atât de critic încât o generație de producție de neutroni are loc la fiecare 10 nanosecunde și 80 sau mai multe astfel de generații pot apărea înainte ca explozia să perturbe materialul, răspândindu-l în iad și dispărut. Peste 800 de nanosecunde, mai puțin de o microsecundă.
Fizicienii au o măsură pentru criticitatea unui eveniment. Critical se numește 1 dolar; criticitatea promptă se întâmplă la 2 dolari. Criticitatea în interiorul unei bombe de fisiune ajunge la 2 până la 3 USD în timpul intervalului lung de 1 microsecundă în care se întâmplă fisiunea. După aceea, restul este doar natura reafirmând o stare de echilibru în cel mai bun mod în care știe cum.
Reactoarele nucleare, pe de altă parte, funcționează între 1 $ și 2 $ și rămân o marjă bună timid de la 2 $. De fapt, atunci când sunt în funcțiune și manipulează o sarcină de putere la starea de echilibru (operațiuni normale), acestea funcționează într-un interval de 0,95 USD și 1,05 USD pe măsură ce încărcăturile lor cresc în jos și în jos.
Deoarece un reactor de putere civil folosește doar combustibil ușor îmbogățit nu are capacitatea de a exploda ca o bombă. Ceea ce poate face, dacă este critic, este să topească miezul reactorului (în reactoarele cu combustibil solid, cum ar fi Cernobâl # 4). U-238 acționează ca un material de umplere și menține atomii fisionabili U-235 suficient de separați pentru a preveni supracriticitatea peste un prag scăzut.
Deci, criticitatea promptă este limita pe care trebuie să o îndeplinească și să o depășească o bombă de fisiune. să funcționeze în capacitatea sa proiectată. Criticitatea promptă este un indicator pe calea exploziei.
Notă: am constatat că numerele mele pentru cifrele în dolari de mai sus erau dezactivate. Vedeți discuția de mai jos pentru definiții. Am „corectat și numerele de mai sus, așa că acum toate sunt de acord.
Răspuns
Există două tipuri de neutroni degajați din cauza fisiunii.
Neutronii prompt și întârziați.
Neutronii prompt sunt cei produși de fisiunea însăși și pot trece la lovirea altor atomi, provocând mai multe fisiuni.
Neutronii întârziați sunt eliberați pe măsură ce produsele de fisiune ei înșiși se descompun, eliberând mai mulți neutroni.
CRITICITATEA este atunci când numărul de neutroni eliberați este exact numărul necesar pentru a susține o reacție, în care fiecare neutron eliberat va provoca un eveniment suplimentar de fisiune. Acest lucru este exact la K = 1
Dacă K este mai mic de 1, atunci numărul de neutroni eliberați nu este autosustenabil și nu fiecare neutron va provoca în medie un eveniment de fisiune suplimentar. Unii vor, dar nu toți și reacția se stinge.
Numai întârzierea în eliberarea neutronilor întârziați de la dezintegrare, mai degrabă decât neutronii promiți, permite un grad de control asupra Procesul de reacție. acest lucru este necesar pentru a controla un reactor nuclear.
Atunci când K = 1 din suma ambelor tipuri, promptul și întârziatul …, o reacție este stabilă și controlabilă.
Când o reacție devine critică de la doar neutronii promiți singuri, indiferent de neutronii întârziați … asta este prompt, iar reacția în lanț crește exponențial cu timpul mult mai rapid decât pot reacționa oamenii sau chiar echipamentele controlate de computer. Este incontrolabil și duce la dezastru.
Acest lucru nu este încă suficient pentru a crea o explozie nucleară. Va fi un dezastru nuclear (Gândiți-vă: Cernobîl), dar nu o detonare nucleară.
Deoarece masa reacției devine critică, eliberarea de energie este mult mai rapidă decât chiar și dublarea fisiunii reacției în lanț. masa de reacție se suflă separat înainte ca masa să poată fi consumată pe deplin de reacția în lanț de fisiune.
Pentru ca o armă nucleară să detoneze, trebuie să mergi Supercritic, unde masa de reacție este adusă la critic și menținută acolo suficient de lungă pentru ca întreaga masă să sufere fisiune fără să se sufle mai întâi. Acesta este adevăratul truc al proiectării armelor nucleare. Cum să obții o masă care să devină supercritică fără predetonare ca o scânteiere.
De asemenea, centralele nucleare nu pot exploda ca o armă nucleară. Reactoarele nucleare NU POT exploda ca o bombă nucleară, deoarece nu sunt concepute pentru a face acest lucru. Bombele nucleare nu vor să detoneze, ci doar să se spargă. acestea trebuie să fie special concepute și forțate să facă acest lucru, altfel tot ceea ce primești ca o fizzle.