Kriittinen massa

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tämä artikkeli käsittelee ydinfysiikkaa, vaihetta ohjelmiston elinkaaressa käsittelee artikkeli Kriittinen massa (ohjelmistotuotanto).
Ydinten halkeamisesta vapautuneet neutronit halkovat ytimiä suuressa uraanikimpaleessa enemmän kuin pienessä, koska suuressa kimpaleessa tapahtuu törmäys suuremmalla todennäköisyydellä kuin pienessä. Kriittinen massa saavutetaan helpommin, jos halkeamiskelpoinen uraani tai plutonium ympäröidään neutroniheijastimella.
Plutoniumpallo joka on osittain ympäröity neutroneja heijastavilla volframikarbidilohkoilla. Vuoden 1945 ylikriittisen massan aiheuttaman onnettomuuden toisinto. Koejärjestelyssä oli tarkoitus mitata ylimääräisen lohkon lisäyksen aiheuttamaa säteilyn kasvua, mistä aiheutui ylikriittisen massan synty.

Kriittinen massa on fissiilistä materiaalista tehdyn kappaleen massan raja-arvo, jossa kappaleen kriittisyys k=1. Raja-arvon ylittävässä arvossa kappaleen kriittisyys k on suurempi kuin 1 (superkriittinen kappale) ja alittavassa arvossa k on alle 1 eli kappale on subkriittinen. Superkriittisessä kappaleessa tapahtuu (aina) spontaani ja progressiivinen ydinreaktioiden ketjureaktio, jolloin kappaleen nuklidit fissioituvat vapauttaen energiaa. Vastaavasti subkriittisessä kappaleessa ketjureaktiota ei synny.

Ydinaseen toiminta perustuu kappaleen kriittisen massan ylittämiseen. Kappaleen kriittistä massaa voidaan pienentää ainakin kappaleen muodolla, materiaalilla, isotooppisella puhtausasteella, sekä hetkellisesti myös kappaleen energiatilalla (lämpö/painetila) sekä ulkoisilla/sisäisillä neutronilähteillä ja/tai heijastimilla. Myös käsitettä kriittinen koko käytetään. Tällöin sovitut muuttujat jätetään huomioimatta tai asetetaan oletusarvoon ja lasketaan tällaisen oletuskappaleen muodostaman pallon halkaisija tai tilavuus.[1] Superkriittinen kappale voidaan luoda esim. puristamalla subkriittinen kappale pienempään tilaan räjähteillä.[2] Kriittinen massa liittyy fysikaaliseen käsitteeseen vaikutusala, joka ilmoittaa reaktioiden todennäköisyyden atomiytimien/ydinhiukkasten vuorovaikutuksissa.

Ydinreaktorin kriittisyys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ydinreaktoreissa ei koskaan synny kappaletta, joka voisi saavuttaa tai ylittää kriittisen massan ja siten aiheuttaa ydinräjähdystä. Ydinpolttoaineen isotooppinen rikastusaste on tavallisesti 2-5% luokkaa, eikä mikään määrä ydinpolttoainetta voi muodostaa superkriittistä kappaletta. Reaktoreista puhuttaessa saavutetaan ns. reaktorin kokonaiskriittisyys, (ei pidä sekoittaa kappaleen kriittisyyteen tai kriittiseen massaan) kun reaktorin kokonaiskriittisyys on arvossa k=1, tämä tarkoittaa, että fissioreaktioissa syntyvien vapaiden neutronien määrä on keskimäärin sama kuin uusien fissioiden aiheuttamiseen kuluvien ja reaktorista karkaavien vapaiden neutronien yhteenlaskettu määrä. Toisin sanoen reaktioden määrä per aikayksikkö pysyy kutakuinkin samana ja sitä kautta reaktorin teho pysyy kutakuinkin samana. Reaktorin superkriittisyys tarkoittaa, että kokonaiskriittisyys on yli 1 ja (fissio)reaktioiden määrä per aikayksikkö kasvaa/on kasvussa. Subkriittisyys vastaavasti reaktioiden määrä per aikayksikkö laskee/vähenee. Reaktorin kriittisyyttä voidaan hetkellisesti nostaa tai alentaa, mutta sitten kokonaiskriittisyys pitää palauttaa arvoon 1. Muussa tapauksessa reaktori voi ylikuumentua ja ydinpolttoaine voi sulaa tai toisaalta ydinketjureaktio voi kokonaan pysähtyä.[1]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b Frank L. Fire: The Common Sense Approach to Hazardous Materials, s. 356. Fire Engineering Books, 2009. ISBN 9781593701949. (englanniksi)
  2. Robert Curley: Weapons of Mass Destruction, s. 6. Britannica Educational Publishing, 2011. ISBN 9781615307517. (englanniksi)