什么是临界质量?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/27 16:44:12
什么是临界质量?
什么是临界质量?
什么是临界质量?
临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量.不同的可裂变材料,受核子的性质(如裂变横切面)、物理性质、物料型状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响,而会有不同的临界质量.
刚好可能以产生连锁反应的组合,称为已达临界点.比这样更多质量的组合,核反应的速率会以指数增长,称为超临界.如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应,这种临界被称为即发临界,是超临界的一种.即发临界组合会产生核爆炸.如果组合比临界点小,裂变会随时间减少,称之为次临界.
恩里科·费米最先发现超临界组合,不一定同时是超过即发临界.他的发现开展了受控制的连锁反应的研究,后来发展的核子反应堆及核能都是出于这一发现.
球状的临界质量
能够以最少的物料到达临界质量的形状是球形.如果在四周加以中子反射物料,临界质量可以更少.有中子反射的球形铀-235临界点为15公斤左右.钚则为10公斤左右.
以下为各种半衰期超过100年的同位素,在普通球形,没有中子反射之下的临界质量:
铀-233:15 公斤
铀-235:50 公斤
镎-237:60 公斤
钚-239:10 公斤
钚-240:40 公斤
钚-242:100 公斤
镅-241:60-100 公斤
镅-242:9-18 公斤
镅-243:50-150 公斤
锔-245:12 公斤
锔-246:70 公斤
锔-247:7 公斤
鉲-251:9 公斤
纯度较低的铀,临界质量会有所增加.例如 20%的铀-235,以4 cm 厚的铍反射中子临界质量达 400公斤.若如果纯度只为15%,临界质量更高达1000 公斤.
武器
核子武器在引爆以前必须维持在次临界.以铀核弹为例,可以把铀分成数大块,每块质量维持在临界以下.引爆时把铀块迅速结合.投掷在广岛的“小男孩”原子弹是把一小块的铀透过枪管射向另一大块铀上,造成足够的质量.这种设计称为“枪式”.钚核弹不能以这种方法引爆.第一枚钚原子弹“胖子”的钚是造成一个在次临界以下的中空球状.引爆时使用包围在四周的炸药把钚挤压,增加密度及减少空间,造成即发临界.这成设计称为“内爆式”.