Klíčový rozdíl – podkritická vs. kritická vs. superkritická hmotnost
Podkritická, kritická a nadkritická hmotnost označují množství hmoty štěpného materiálu používaného při jaderných řetězových reakcích. Klíčový rozdíl mezi podkritickou, kritickou a nadkritickou hmotností je v tom, že podkritická hmotnost je hmotnost štěpného materiálu, která nestačí k udržení jaderné řetězové reakce, zatímco kritická hmotnost je hmotnost štěpného materiálu potřebná k udržení jaderné řetězové reakce a nadkritická hmotnost štěpného materiálu je hmotnost, která je více než dostatečná k udržení jaderné řetězové reakce.
Jaderná řetězová reakce je série štěpných reakcí. Jaderná štěpná reakce je proces uvolňování neutronu z nestabilního atomového jádra. Když tento uvolněný neutron interaguje s jiným nestabilním izotopem, nový izotop také podstoupí jaderné štěpení a uvolní další neutron. Podobně probíhá řetězec reakcí.
Co je podkritická hmotnost?
Podkritická hmotnost je hmotnost štěpného materiálu, která nestačí k udržení jaderné řetězové reakce. Aby byla zahájena štěpná řetězová reakce, mělo by existovat minimální požadované množství štěpného izotopu (známé jako kritická hmotnost). Podkritická hmotnost je vždy menší než kritická hmotnost; proto podkritická hmotnost štěpného materiálu nemůže udržet řetězovou štěpnou reakci.
Počet neutronů přítomných v podkritické mase štěpného materiálu bude s časem exponenciálně klesat, protože neexistuje dostatek izotopů, které by byly schopny uvolnit více neutronů interakcí se stávajícími neutrony.
Co je kritická hmotnost?
Kritická hmotnost je nejmenší množství hmoty štěpného materiálu, které je potřeba k udržení jaderné řetězové reakce. Množství kritické hmotnosti závisí na jaderných vlastnostech štěpného materiálu, hustotě, tvaru a obohacení štěpného materiálu.
Obrázek 1: Hmotnost izotopů určuje počet štěpení.
Čistota izotopu je také důležitá při určování množství kritické hmoty. Například, pokud je čistota vysoká, kritická hmotnost je nízká. Vnější faktory, které ovlivňují hodnotu kritické hmotnosti, jsou teplota a okolí štěpného materiálu.
Co je to superkritická hmotnost?
Superkritická hmotnost štěpného materiálu je hmotnost, která je více než dostatečná k udržení jaderné řetězové reakce. Když je v systému s štěpnými řetězovými reakcemi nadkritická hmota, rychlost štěpení se bude s časem zvyšovat. Je to proto, že pravděpodobnost interakce neutronu s izotopem je velmi vysoká, v tomto systému je přítomno mnoho izotopů. Po nějaké době však systém získá rovnovážný stav, při kterém bylo množství hmoty sníženo na kritickou hmotnost.
Jaký je rozdíl mezi podkritickým a nadkritickým množstvím?
Podkritické vs. kritické vs. superkritické množství |
|
| Podkritická hmotnost | Podkritická hmotnost je hmotnost štěpného materiálu, která nestačí k udržení jaderné řetězové reakce. |
| Kritická hmotnost | Kritická hmotnost je nejmenší množství hmoty štěpného materiálu, které je nutné k udržení jaderné řetězové reakce. |
| Superkritická hmotnost | Superkritická hmotnost štěpného materiálu je hmotnost, která je více než dostatečná k udržení jaderné řetězové reakce. |
| Amount of Mass | |
| Podkritická hmotnost | Podkritická hmotnost je menší množství než kritická hmotnost. |
| Kritická hmotnost | Kritická hmotnost je nejmenší množství hmoty potřebné k zahájení řetězové štěpné reakce. |
| Superkritická hmotnost | Superkritická hmotnost je vyšší množství než kritická hmotnost. |
| Rychlost reakce | |
| Podkritická hmotnost | Reakční rychlost klesá s časem v přítomnosti podkritické hmoty. |
| Kritická hmotnost | Reakční rychlost klesá s časem v přítomnosti kritického množství. |
| Superkritická hmotnost | Reakční rychlost klesá s časem v přítomnosti superkritické hmoty. |
Shrnutí – podkritické vs. nadkritické množství
Jaderná štěpná reakce může iniciovat několik následných štěpení, což vede k vytvoření řetězových štěpných reakcí. Na základě množství hmoty potřebné pro průběh a udržení řetězové reakce existují tři typy hmot pojmenované jako podkritická hmotnost, kritická hmotnost a nadkritická hmotnost. Klíčový rozdíl mezi podkritickou a nadkritickou hmotností je v tom, že podkritická hmotnost je hmotnost štěpného materiálu, která nestačí k udržení jaderné řetězové reakce, zatímco kritická hmotnost je hmotnost štěpného materiálu potřebná pro trvalou jadernou řetězovou reakci a nadkritickou hmotnost. štěpného materiálu je hmotnost, která je více než dostatečná k udržení jaderné řetězové reakce.
