Beste Antwort
Beginnen wir mit einigen Worten: Kritikalität bezieht sich auf die Fähigkeit einer Menge eines spaltbaren Materials zur Unterstützung der Kernkettenreaktion, bei der ein Neutron ein Uranatom spaltet und mindestens zwei oder mehr Neutronen freisetzt, um andere Atome im Material weiter zu spalten. Dies muss die Verluste von Neutronen in die äußere Umgebung, das Einfangen von Neutronen durch andere Atome, das Einfangen anstelle der Spaltung in den Materialien usw. berücksichtigen. In diesem Fall nimmt die nukleare Aktivität in der Masse exponentiell zu. Es gibt jedoch langsame Exponentiale (wie die Beschleunigung der Expansion des Universums) und schnelle.
überkritisch – das zumindest kritische Regime der Spaltaktivität bewirkt, dass die Aktivität exponentiell zunimmt. Dies ist das Regime, in dem Kernreaktoren laufen.
prompt kritisch – es gibt zwei Möglichkeiten, wie Neutronen in einem Spaltereignis erzeugt werden. Es gibt sofortige Neutronen, die durch die Spaltung freigesetzt werden und innerhalb von etwa 10 Nanosekunden nach der Freisetzung Spaltungen verursachen können. Dies sind diejenigen, die Sie in den übersichtlichen Animationen des Spaltprozesses sehen. Die zweite Art wird nach einer Verzögerung (mit Zwischenmaterialien, auf die ich nicht eingehen muss) erstellt, die zwischen einer Mikrosekunde und mehreren zehn Minuten liegen kann. Wenn Ihr Reaktor auf der Messerschneide der Kritikalität sitzt, führt ein leichtes Anstoßen zu dem oben erwähnten exponentiellen Anstieg der Spaltereignisse – die Summe der sofortigen Neutronen plus der verzögerten Neutronen liegt genau über dem, was erforderlich ist, um die zu halten Prozess aus dem Sterben, und die Kurve steigt langsam an – langsam genug, um von einem Menschen über die Kontrollen gesteuert werden zu können. Wenn die Aktivität schneller wird, werden schnellere Neutronen erzeugt, wodurch die verzögerten Neutronen weniger zur Unterstützung der Kritikalität benötigt werden und die Exponentialkurve schneller ansteigt. Eine schnelle Kritikalität findet an dem Punkt statt, an dem überhaupt keine verzögerten Neutronen erforderlich sind. Der Anstieg der Exponentialkurve liegt in der Größenordnung von zehn Nanosekunden und ist schneller, als Mensch oder Computer reagieren können.
Es ist unnötig zu erwähnen, dass Spaltbomben in und über dem Punkt der sofortigen Kritikalität laufen. Sie sind so konzipiert, dass das Material so kritisch wird, dass alle 10 Nanosekunden eine Generation der Neutronenproduktion stattfindet. 80 oder mehr solcher Generationen können auftreten, bevor die Explosion das Material stört und es in die Hölle verbreitet und verschwunden ist. Insgesamt 800 Nanosekunden, weniger als eine Mikrosekunde.
Die Physiker messen die Kritikalität eines Ereignisses. Kritisch heißt 1 Dollar; sofortige Kritikalität tritt bei 2 Dollar auf. Die Kritikalität innerhalb einer Spaltbombe beträgt während des 1 Mikrosekunden langen Intervalls, in dem die Spaltung stattfindet, 2 bis 3 US-Dollar. Danach ist der Rest nur noch die Natur, die einen Gleichgewichtszustand so gut wie möglich wieder herstellt.
Kernreaktoren hingegen arbeiten zwischen 1 und 2 US-Dollar und bleiben eine gute Marge von 2 US-Dollar entfernt. Wenn sie im eingeschwungenen Zustand (Normalbetrieb) eine Stromlast hochfahren und handhaben, arbeiten sie in einem Bereich von 0,95 bis 1,05 US-Dollar, wenn ihre Lasten auf und ab gehen.
Weil ein ziviler Stromreaktor verwendet Nur leicht angereicherter Treibstoff kann nicht wie eine Bombe explodieren. Was es tun kann, wenn es schnell kritisch wird, ist das Einschmelzen des Reaktorkerns (in Reaktoren mit festen Brennstoffen wie Tschernobyl Nr. 4). Das U-238 wirkt als Füllstoff und hält die spaltbaren U-235-Atome so weit voneinander entfernt, dass eine Überkritikalität über einem niedrigen Schwellenwert verhindert wird.
Eine sofortige Kritikalität ist also die Grenze, die eine Spaltbombe erfüllen und überschreiten muss in seiner vorgesehenen Kapazität zu arbeiten. Schnelle Kritikalität ist ein Wegweiser auf dem Weg zur Explosion.
Hinweis: Ich habe festgestellt, dass meine Zahlen für die oben genannten Dollar-Zahlen nicht stimmen. Definitionen finden Sie in der folgenden Diskussion. Ich habe auch die obigen Zahlen korrigiert, so dass jetzt alle übereinstimmen.
Antwort
Es gibt zwei Arten von Neutronen, die aufgrund der Spaltung abgegeben werden.
Prompte und verzögerte Neutronen.
Prompte Neutronen sind solche, die von der Spaltung selbst erzeugt werden und andere Atome treffen können, wodurch mehr Spaltung auftritt.
verzögerte Neutronen werden als Spaltprodukte freigesetzt selbst zerfallen und setzen mehr Neutronen frei.
KRITIKALITÄT ist, wenn die Anzahl der freigesetzten Neutronen genau die Anzahl ist, die zur Aufrechterhaltung einer Reaktion benötigt wird, bei der durchschnittlich jedes freigesetzte Neutron ein zusätzliches Spaltereignis verursacht. Dies ist genau bei K = 1
Wenn K kleiner als 1 ist, ist die Anzahl der freigesetzten Neutronen nicht selbsttragend und nicht jedes Neutron verursacht im Durchschnitt ein zusätzliches Spaltereignis. Einige werden, aber nicht alle und die Reaktion stirbt ab.
Nur die Verzögerung der Freisetzung der verzögerten Neutronen aus dem Zerfall und nicht die sofortigen Neutronen ermöglichen ein gewisses Maß an Kontrolle über th Der Reaktionsprozess. Dies ist notwendig, um einen Kernreaktor zu steuern.
Wenn K = 1 aus der Summe beider Typen, der Eingabeaufforderung sowie der Verzögerung, ist eine Reaktion stabil und kontrollierbar.
Wenn eine Reaktion von gerade an kritisch wird die sofortigen Neutronen allein, unabhängig von den verzögerten Neutronen… das ist Prompt Critical und die Kettenreaktion wächst exponentiell mit der Zeit viel schneller, als Menschen oder sogar computergesteuerte Geräte reagieren können. Es ist unkontrollierbar und führt zu einer Katastrophe.
Dies reicht immer noch nicht aus, um eine nukleare Explosion auszulösen. Es wird eine nukleare Katastrophe sein (Think: Tschernobyl), aber keine nukleare Detonation.
Da die Reaktionsmasse schnell kritisch wird, ist die Energiefreisetzung weitaus schneller als selbst die Spaltung, die die Kettenreaktion verdoppelt. Die Reaktionsmasse zerplatzt von selbst, bevor die Masse durch die Spaltkettenreaktion vollständig verbraucht werden kann.
Damit eine Atomwaffe explodieren kann, müssen Sie überkritisch vorgehen, wobei die Reaktionsmasse auf kritisch gebracht und dort gehalten wird lang genug, damit die gesamte Masse gespalten werden kann, ohne sich vorher auseinander zu blasen. Dies ist der eigentliche Trick beim Entwurf von Atomwaffen. Wie man eine Masse dazu bringt, überkritisch zu werden, ohne dass es zu einer Sprudelbildung kommt.
Es ist auch der Grund, warum Kernkraftwerke nicht wie eine Atomwaffe explodieren können. Kernreaktoren KÖNNEN NICHT wie eine Atombombe explodieren, weil sie nicht dafür ausgelegt sind. Atombomben wollen nicht explodieren, sie wollen sich nur auseinander sprengen. Sie müssen speziell entworfen und dazu gezwungen werden, sonst alles, was Sie als Sprudel bekommen.