Põhierinevus – alakriitiline vs kriitiline vs ülekriitiline mass
Alamkriitiline, kriitiline ja ülekriitiline mass viitavad tuuma ahelreaktsioonides kasutatava lõhustuva materjali massile. Peamine erinevus alakriitilise, kriitilise ja ülekriitilise massi vahel on see, et subkriitiline mass on lõhustuva materjali mass, millest ei piisa tuumaahelreaktsiooni läbiviimiseks, samas kui kriitiline mass on tuuma ahelreaktsiooni säilitamiseks vajalik lõhustuva materjali mass, ja Lõhustuva materjali ülekriitiline mass on mass, mis on enam kui piisav tuuma ahelreaktsiooni säilitamiseks.
Tuuma ahelreaktsioon on lõhustumisreaktsioonide jada. Tuuma lõhustumise reaktsioon on protsess, mille käigus vabaneb neutron ebastabiilsest aatomituumast. Kui see vabanenud neutron interakteerub teise ebastabiilse isotoobiga, läbib ka uus isotoop tuuma lõhustumise, vabastades teise neutroni. Samamoodi toimub reaktsioonide ahel.
Mis on alakriitiline mass?
Alamkriitiline mass on lõhustuva materjali mass, millest tuumaahelreaktsiooni püsimiseks ei piisa. Lõhustumisahelreaktsiooni käivitamiseks peaks olema minimaalne nõutav lõhustuva isotoobi mass (tuntud kui kriitiline mass). Alakriitiline mass on alati väiksem kui kriitiline mass; seetõttu ei suuda lõhustuva materjali alakriitiline mass säilitada lõhustumise ahelreaktsiooni.
Lõhustuva materjali alamkriitilises massis olevate neutronite arv väheneb aja jooksul eksponentsiaalselt, kuna pole piisav alt isotoope, mis suudaksid olemasolevate neutronitega suhtlemisel rohkem neutroneid vabastada.
Mis on kriitiline mass?
Kriitiline mass on lõhustuva materjali väikseim massikogus, mis on vajalik tuuma ahelreaktsiooni püsimiseks. Kriitilise massi suurus sõltub lõhustuva materjali tuumaomadustest, tihedusest, kujust ja lõhustuva materjali rikastamisest.
Joonis 1: Isotoopide mass määrab lõhustumiste arvu.
Kriitilise massi koguse määramisel on oluline ka isotoobi puhtus. Näiteks kui puhtus on kõrge, on kriitiline mass madal. Kriitilise massi väärtust mõjutavad välistegurid on temperatuur ja lõhustuva materjali ümbrus.
Mis on ülekriitiline mass?
Lõhustuva materjali ülekriitiline mass on mass, mis on tuumaahelreaktsiooni säilitamiseks enam kui piisav. Kui lõhustumise ahelreaktsiooniga süsteemis on ülekriitiline mass, suureneb lõhustumise kiirus aja jooksul. Selle põhjuseks on asjaolu, et neutroni isotoobiga interaktsiooni tõenäosus on väga suur ja selles süsteemis on palju isotoope. Kuid mõne aja pärast saavutab süsteem tasakaaluoleku, mille korral massi kogus on alandatud kriitilise massini.
Mis vahe on alakriitilisel ja ülekriitilisel massil?
Alamkriitiline vs kriitiline vs ülekriitiline mass |
|
| Alamkriitiline mass | Alamkriitiline mass on lõhustuva materjali mass, millest tuumaahelreaktsiooniks ei piisa. |
| kriitiline mass | Kriitiline mass on lõhustuva materjali väikseim mass, mis on vajalik tuuma ahelreaktsiooni püsimiseks. |
| Ülikriitiline mass | Lõhustuva materjali ülekriitiline mass on mass, mis on enam kui piisav tuuma ahelreaktsiooni säilitamiseks. |
| Massa kogus | |
| Alamkriitiline mass | Alamkriitiline mass on kriitilisest massist väiksem. |
| kriitiline mass | Kriitiline mass on väikseim massihulk, mis on vajalik lõhustumise ahelreaktsiooni käivitamiseks. |
| Ülikriitiline mass | Ülikriitiline mass on suurem kui kriitiline mass. |
| Reaktsioonikiirus | |
| Alamkriitiline mass | Reaktsioonikiirus alakriitilise massi juuresolekul aja jooksul väheneb. |
| kriitiline mass | Kriitilise massi juuresolekul reaktsioonikiirus aja jooksul väheneb. |
| Ülikriitiline mass | Ülekriitilise massi juuresolekul reaktsioonikiirus aja jooksul väheneb. |
Kokkuvõte – alakriitiline kriitiline mass vs ülekriitiline mass
Tuuma lõhustumise reaktsioon võib algatada mitu järgnevat lõhustumist, mis viib lõhustumise ahelreaktsioonide tekkeni. Progressiooniks ja ahelreaktsiooni säilitamiseks vajaliku massi põhjal eristatakse kolme tüüpi massi, mida nimetatakse alakriitiliseks massiks, kriitiliseks massiks ja ülekriitiliseks massiks. Peamine erinevus subkriitilise kriitilise ja ülekriitilise massi vahel on see, et subkriitiline mass on lõhustuva materjali mass, millest ei piisa tuuma ahelreaktsiooni säilitamiseks, samas kui kriitiline mass on lõhustuva materjali mass, mis on vajalik püsivaks tuuma ahelreaktsiooniks ja ülekriitiliseks massiks. Lõhustuva materjali mass on enam kui piisav tuumaahelreaktsiooni läbiviimiseks.
