• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Masa krytyczna

    Przeczytaj także...
    Rozszczepienie jądra atomowego to przemiana jądrowa polegająca na rozpadzie jądra na dwa (rzadziej na więcej) fragmenty o zbliżonych masach. Zjawisku towarzyszy emisja neutronów, a także kwantów gamma, które unoszą znaczne ilości energii. Ponieważ jądra ulegające rozszczepieniu zwykle są jądrami ciężkimi, które posiadają więcej neutronów niż protonów, obydwa fragmenty powstałe w rozszczepieniu są jądrami neutrono-nadmiarowymi. Nadmiar neutronów jest z nich emitowany podczas aktu rozszczepienia (neutrony natychmiastowe) lub z pewnym opóźnieniem (neutrony opóźnione).Ameryk (Am, łac. americium) – pierwiastek chemiczny, aktynowiec. Jest odpowiednikiem europu w szeregu lantanowców. Nazwa pochodzi od kontynentu Ameryki. Pierwiastek wytworzył w 1944 roku Glenn T. Seaborg i jego współpracownicy bombardując pluton przyspieszonymi cząstkami α: 238 U ( α , n ) 241 A m {displaystyle {}^{238}U(alpha ,n){}^{241}Am} .
    Reflektor neutronów – materiał o własnościach powodujących odrzucenie neutronów powstających w reaktorze jądrowym i skierowanie ich z powrotem w kierunku rdzenia reaktora.
    Schemat przebiegu reakcji incjonowanej jednym neutronem dla małej masy, dużej oraz otoczonej ekranem.

    Masa krytyczna materiału rozszczepialnego – minimalna masa, w której reakcja rozszczepienia przebiega w sposób łańcuchowy, czyli każde jedno rozszczepienie jądra atomowego inicjuje dokładnie jedno następne rozszczepienie. W masie mniejszej od masy krytycznej reakcja zainicjowana rozszczepieniem spontanicznym zaniknie, w masie większej od masy krytycznej reakcja będzie przebiegała w sposób lawinowy, tzn. jedno rozszczepienie wywoła więcej niż jedno rozszczepienie.

    Izotopy – odmiany pierwiastka chemicznego różniące się liczbą neutronów w jądrze atomu (z definicji atomy tego samego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów w jądrze). Izotopy tego samego pierwiastka różnią się liczbą masową (łączną liczbą neutronów i protonów w jądrze), ale mają tę samą liczbę atomową (liczbę protonów w jądrze).Kaliforn (Cf, łac. californium) – sztucznie wytworzony pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym. Nazwa pochodzi od Kalifornii, nazwy jednego ze stanów USA. Otrzymali go Stanley Thompson, Kenneth Street Jr., Albert Ghiorso i Glenn T. Seaborg w 1950 r. w Berkeley w tymże stanie bombardując Cm cząstkami α o energii 35 MeV.

    W materiale rozszczepialnym reakcja rozszczepienia może zajść w wyniku samorzutnego rozszczepienia jądra atomowego. W wyniku tego aktu rozszczepienia emitowane jest kilka neutronów; część z tych neutronów opuści materiał, część zostanie pochłonięta przez jądra nieulegające rozszczepieniu, a niektóre wywołają rozszczepienie następnego jądra.

    Moderator – substancja służąca do zmniejszenia energii kinetycznej (prędkości) neutronów, aż do osiągnięcia przez nie stanu tzw. neutronów termicznych. Powolne neutrony znacznie wydajniej powodują rozszczepienie jąder atomowych w materiale paliwa jądrowego.Reaktor jądrowy – urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcje jądrowe; na obecnym etapie rozwoju nauki i techniki są to przede wszystkim reakcje rozszczepienia jąder atomowych. Reakcje te mają charakter łańcuchowy – produkty reakcji (w tym głównie neutrony) mogą zainicjować kilka następnych. Aby uniknąć lawinowego wzrostu szybkości reakcji, reaktor dzieli się na strefy wypełnione na przemian paliwem, chłodziwem oraz moderatorem, czyli substancją spowalniającą neutrony. Szybkość reakcji kontrolowana jest m.in. przez zmianę wzajemnego położenia lub proporcji tych składników, a także przez wprowadzanie dodatkowych substancji pochłaniających lub spowalniających neutrony, zawartych w tzw. prętach regulacyjnych (służących do normalnej regulacji parametrów reakcji) oraz prętach bezpieczeństwa (stosowanych do awaryjnego wyłączania reaktora). Substancjami używanymi do pochłaniania neutronów termicznych są m.in. bor i kadm, natomiast jako moderatorów używa się m.in. berylu, grafitu, a także wody, pełniącej równocześnie rolę chłodziwa.

    Masa krytyczna danego materiału rozszczepialnego zależy od zanieczyszczeń, kształtu próbki oraz od jej otoczenia. Najmniejszą masę ma próbka o kształcie kuli otoczonej materiałem odbijającym i moderującym neutrony.

    Masa krytyczna dla kuli, nieotoczonej innymi substancjami, dla czystego izotopu uranu 235 wynosi 52 kg, zaś dla plutonu (238 i 239) jest to 10 kg. Pluton w postaci tlenku plutonu ma masę krytyczną około 25 kg. Dla kuli otoczonej ekranem odbijającym neutrony masa ta jest mniejsza i zależy od materiału ekranu. Przykładowo dla plutonu 238 otoczonego wodą wynosi 7,4 kg, a stalą – 4,9 kg.

    Neutron (z łac. neuter – "obojętny") – cząstka subatomowa występująca w jądrach atomowych. Jest obojętny elektrycznie. Posiada spin ½.Pluton (Pu, łac. plutonium) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym. Nazwa pochodzi od planety karłowatej Pluton.

    Orientacyjne masy krytyczne materiału ułożonego w kształcie kuli nieotoczonej substancją odbijającą neutrony dla wybranych izotopów:

    Rozpad jądra uranu podczas reakcji:
  • uran-233: 16 kg
  • uran-235: 52 kg
  • neptun-237: 60 kg
  • pluton-239: 10 kg
  • pluton-240: 40 kg
  • pluton-242: 100 kg
  • ameryk-241: 60-100 kg
  • ameryk-242: 9-18 kg
  • ameryk-243: 50-150 kg
  • kiur-245: 12 kg
  • kiur-246: 70 kg
  • kiur-247: 7 kg
  • kaliforn-251: 9 kg
  • Nieprawdą jest pospolicie głoszony pogląd, że „reakcja rozszczepienia zachodzi dla masy równej lub większej masie krytycznej”, jeżeli masa jest mniejsza od masy krytycznej, każde rozszczepienie spontaniczne może wywołać kilka, kilkanaście a może i więcej rozpadów wymuszonych pochłonięciem neutronów, ale w końcu dojdzie do sytuacji, że wszystkie neutrony uciekną z materiału rozszczepialnego lub zostaną pochłonięte przez nierozszczepialne jądra.

    Jądro atomowe – konglomerat cząstek elementarnych będący centralną częścią atomu zbudowany z jednego lub więcej protonów i neutronów, zwanych nukleonami. Jądro stanowi niewielką część objętości całego atomu, jednak to w jądrze skupiona jest prawie cała masa. Przemiany jądrowe mogą prowadzić do wyzwolenia ogromnych ilości energii. Niewłaściwe ich wykorzystanie może stanowić zagrożenie.Broń jądrowa – rodzaj broni masowego rażenia wykorzystującej wewnątrzjądrową energię wydzielaną podczas niekontrolowanej łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków (uranu i plutonu – broń atomowa) lub reakcji termojądrowej syntezy lekkich pierwiastków z wodoru – bomba wodorowa – o sile wybuchu znacznie większej od broni atomowej. Podobnie do każdego innego rodzaju broni, broń jądrowa jest trudna do jednoznacznego zdefiniowania. Według jednak amerykańskiego Departamentu Obrony, bronią jądrową jest kompletne urządzenie w jego zamierzonej ostatecznej konfiguracji, które po zakończeniu procedur i procesów uzbrojenia, fuzji oraz sekwencji odpalenia, zdolne jest do produkcji zamierzonej reakcji nuklearnej oraz uwolnienia energii.

    W reaktorach jądrowych pojęcie masy krytycznej nie jest ściśle określone z powodu stosowania ekranów i regulowanych moderatorów. Ekrany odbijają neutrony z powrotem w kierunku materiału rozszczepialnego, a moderator spowalnia neutrony, dzięki czemu zwiększa się prawdopodobieństwo, że spowodują one kolejne rozszczepienie. Zatem masa potrzebna do stabilnej pracy reaktora zależy od jego konstrukcji.

    Materiał rozszczepialny - materiał zawierający jądra atomowe, które w wyniku zderzeń z neutronami ulegają łatwemu rozszczepieniu z emisją dodatkowych neutronów w jego wyniku, jak np. uran: U lub U czy pluton Pu.Kiur (Cm, łac. curium) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym. Nazwa pochodzi od nazwiska Marii Skłodowskiej-Curie i Piotra Curie. Pierwiastek odkrył w 1944 roku Glenn Theodore Seaborg.

    W wyniku umieszczenia w jednym miejscu masy większej niż masa krytyczna reakcja będzie przebiegać w sposób lawinowy, co pociągnie za sobą wydzielenie olbrzymich ilości energii, która spowoduje rozprzestrzenienie się reagujących materiałów i zatrzymanie reakcji rozszczepienia. Na tej zasadzie działa bomba atomowa.

    Neptun (łac. neptunium, symbol Np) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców o liczbie atomowej 93. Jest radioaktywnym pierwiastkiem metalicznym, pierwszym przedstawicielem transuranowców. Jego najtrwalszym izotopem jest Np o czasie połowicznego rozpadu ok. 2 mln lat, powstający w kilogramowych ilościach jako produkt uboczny pracy reaktorów jądrowych, np. podczas produkcji plutonu. Bardzo małe ilości tego pierwiastka można znaleźć w rudach uranowych.Uran (U, łac. uranium) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym. Wśród pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi ma największą liczbę atomową – 92 (nie licząc śladowych ilości Np i Pu).

    Przypisy[ | edytuj kod]





    Reklama

    Czas generowania strony: 0.017 sek.