临界质量

✍ dations ◷ 2025-04-04 07:44:40 #临界质量
临界质量(Critical mass)是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料,受核子的性质(如裂变横切面)、物理性质、物料型状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响,而会有不同的临界质量。刚好可以产生连锁反应的组合,称为已达临界点。比这样更多质量的组合,核反应的速率会以指数增长,称为超临界。如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应,这种临界被称为即发临界,是超临界的一种。即发临界组合会产生核爆炸。如果组合比临界点小,裂变会随时间减少,称之为次临界。恩里科·费米最先发现超临界组合,不一定同时是超过即发临界。他的发现开展了受控制的连锁反应的研究,后来发展的核子反应堆及核能都是出于这一发现。能够以最少的物料到达临界质量的形状是球形。如果在四周加以中子反射物料,临界质量可以更少。有中子反射的球形铀-235临界点为15公斤左右。钚则为10公斤左右。以下为普通球形,没有中子反射之下的临界质量:纯度较低的铀,临界质量会有所增加。例如20%的铀-235,以4 cm厚的铍反射中子临界质量达400公斤。若如果纯度只为15%,临界质量更高达600公斤。核子武器在引爆以前必须维持在次临界。以铀核弹为例,可以把铀分成数大块,每块质量维持在临界以下。引爆时把铀块迅速结合。投掷在广岛的“小男孩”原子弹是把一小块的铀透过枪管射向另一大块铀上,造成足够的质量。这种设计称为“枪式”。钚核弹不能以这种方法引爆。第一枚钚原子弹“胖子”的钚是造成一个在次临界以下的中空球状。引爆时使用包围在四周的炸药把钚挤压,增加密度及减少空间,造成即发临界。这种设计称为“内爆式”。

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