Tärkein ero - Ala- ja kriittinen vs. ylikriittinen massa
Alikriittinen, kriittinen ja ylikriittinen massa viittaa ydinketjureaktioissa käytetyn halkeamiskelpoisen materiaalin massaan. Keskeinen ero alakriittisen, kriittisen ja ylikriittisen massan välillä on, että alikriittinen massa on halkeamiskelpoisen materiaalin massa, joka ei riitä ylläpitämään ydinketjureaktiota, kun taas kriittinen massa on halkeamiskelpoisen materiaalin massa, jota tarvitaan ydinketjureaktion ylläpitämiseen, ja halkeamiskelpoisen materiaalin ylikriittinen massa on massa, joka on enemmän kuin tarpeeksi ydinketjureaktion ylläpitämiseksi.
Ydinketjureaktio on sarja fissioreaktioita. Ydinfissioreaktio on neutronin vapauttamisprosessi epävakaasta atomituumasta. Kun tämä vapautunut neutroni on vuorovaikutuksessa toisen epästabiilin isotoopin kanssa, uusi isotooppi läpikäy myös ydinfissiota vapauttaen toisen neutronin. Samoin tapahtuu reaktioketju.
SISÄLLYS
1. Yleiskatsaus ja keskeinen ero
2. Mikä on alikriittinen massa
3. Mikä on kriittinen massa
4. Mikä on ylikriittinen massa
5. Rinnakkainen vertailu - alikriittinen vs. kriittinen vs ylikriittinen massa taulukkomuodossa
6. Yhteenveto
Mikä on alikriittinen massa?
Alakriittinen massa on halkeamiskelpoisen materiaalin massa, joka ei riitä ylläpitämään ydinketjureaktiota. Fissioketjureaktion aloittamiseksi halkeamiskykyisen isotoopin massa tulisi olla vähimmäismäärä (tunnetaan kriittisenä massana). Alikriittinen massa on aina pienempi määrä kuin kriittinen massa; siksi halkeamiskelpoisen materiaalin alikriittinen massa ei pysty ylläpitämään fissioketjureaktiota.
Halkeamiskelpoisen materiaalin alikriittisessä massassa läsnä olevien neutronien määrä vähenee eksponentiaalisesti ajan myötä, koska ei ole riittävästi isotooppeja, jotka kykenisivät vapauttamaan enemmän neutroneja vuorovaikutuksessa olemassa olevien neutronien kanssa.
Mikä on kriittinen massa?
Kriittinen massa on pienin halkeamiskykyisen materiaalin massa, jota tarvitaan ydinketjureaktion ylläpitämiseen. Kriittisen massan määrä riippuu halkeamiskelpoisen materiaalin ydinominaisuuksista, tiheydestä, muodosta ja halkeamiskelpoisen materiaalin rikastumisesta.
Kuva 1: Isotooppien massa määrittää fissioiden määrän.
Isotoopin puhtaus on myös tärkeää määritettäessä kriittisen massan määrää. Esimerkiksi, jos puhtaus on korkea, kriittinen massa on pieni. Kriittisen massan arvoon vaikuttavat ulkoiset tekijät ovat halkeamiskelpoisen materiaalin lämpötila ja ympäristö.
Mikä on ylikriittinen massa?
Halkeamiskelpoisen materiaalin ylikriittinen massa on massa, joka on enemmän kuin tarpeeksi ydinketjureaktion ylläpitämiseksi. Kun fissioketjureaktioita omaavassa järjestelmässä on ylikriittinen massa, fissiovauhti kasvaa ajan myötä. Tämä johtuu siitä, että neutronin vuorovaikutus isotoopin kanssa on erittäin suuri, siinä järjestelmässä on monia isotooppeja. Jonkin ajan kuluttua järjestelmä saa kuitenkin tasapainotilan, jossa massan määrä on laskettu kriittiseen massaan.
Mikä on ero alikriittisen kriittisen ja ylikriittisen massan välillä?
Erilainen artikkeli keskellä taulukkoa
Alakriittinen vs. kriittinen vs ylikriittinen massa |
|
| Alakriittinen massa | Alakriittinen massa on halkeamiskelpoisen materiaalin massa, joka ei riitä ylläpitämään ydinketjureaktiota. |
| Kriittinen massa | Kriittinen massa on pienin halkeamiskykyisen materiaalin massa, jota tarvitaan ydinketjureaktion ylläpitämiseen. |
| Ylikriittinen massa | Halkeamiskelpoisen materiaalin ylikriittinen massa on massa, joka on enemmän kuin tarpeeksi ydinketjureaktion ylläpitämiseksi. |
| Massan määrä | |
| Alakriittinen massa | Alakriittinen massa on pienempi määrä kuin kriittinen massa. |
| Kriittinen massa | Kriittinen massa on pienin massa, joka vaaditaan fissioketjureaktion aloittamiseksi. |
| Ylikriittinen massa | Ylikriittinen massa on suurempi kuin kriittinen massa. |
| Reaktionopeus | |
| Alakriittinen massa | Reaktionopeus pienenee ajan myötä alikriittisen massan läsnä ollessa. |
| Kriittinen massa | Reaktionopeus laskee ajan myötä kriittisen massan läsnä ollessa. |
| Ylikriittinen massa | Reaktionopeus laskee ajan myötä ylikriittisen massan läsnä ollessa. |
Yhteenveto - alikriittinen kriittinen vs. ylikriittinen massa
Ydinfissioreaktio voi käynnistää useita seuraavia fissioita, jotka johtavat fissioketjureaktioiden syntymiseen. Perustuen etenemiseen ja ketjureaktion ylläpitämiseen tarvittavan massan määrään on kolme massatyyppiä, jotka on nimetty alikriittiseksi massaksi, kriittiseksi massaksi ja ylikriittiseksi massaksi. Keskeinen ero alikriittisen kriittisen ja ylikriittisen massan välillä on, että alikriittinen massa on halkeamiskelpoisen materiaalin massa, joka ei riitä ylläpitämään ydinketjureaktiota, kun taas kriittinen massa on halkeamiskelpoisen materiaalin massa, joka tarvitaan jatkuvaan ydinketjureaktioon ja ylikriittinen massa halkeamiskelpoisen materiaalin massa on enemmän kuin tarpeeksi ydinketjureaktion ylläpitämiseksi.
