מסה קריטית
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
- ערך זה עוסק בביקוע גרעיני; לערך העוסק בפירושים נוספים לביטוי "מסה קריטית", ראו מסה קריטית (פירושונים).
מסה קריטית של חומר הניתן לביקוע, היא כמות החומר הנחוצה ליצירת תגובת שרשרת גרעינית. המסה הקריטית של חומר בקיע תלויה בתכונותיו הפיזיקליות, בצורתו שלו, מידת הטוהר שלו, ובמיקומו - האם הוא מוקף בחומר הקולט נייטרונים, או בחומר המחזיר אותם.
תגובת שרשרת אשר התרחשותה אפשרית נקראת קריטית (critical). תגובה מהירה יותר, כזו הגדלה באופן מעריכי נקראת על-קריטית (supercritical). תגובת שרשרת אשר אפשרית ללא צורך בנייטרונים ששיחרורם מעוכב נקראת "קריטית זריזה" (prompt critical) (וכמו כן היא גם על-קריטית). מסות גדולות אף נקראות קריטיות על-זריזות. כאשר המסה קטנה מהקריטית הביקוע ידעך עם הזמן, והיא נקראת תת-קריטית (subcritical).
ההבחנה כי תגובה על-קריטית אינה בהכרח קריטית זריזה מיוחסת לאנריקו פרמי, והיא הניחה יסוד לאפשרות לבנות כורים גרעיניים המשתמשים בתגובת שרשרת בביקוע. תגובה קריטית זריזה דינה להתפוצץ אם לא תובא במהרה תחת הגבול ה"זריז קריטי".
[עריכה] המסה הקריטית בכדור
הצורה שבה המסה הקריטית היא מינימלית היא כדור. ניתן להפחית את המסה הקריטית גם על ידי שימוש במחזיר נייטרונים.
במקרה של שימוש במחזיר נייטרונים, המסה הקריטית היא כ-15 ק"ג לאורניום-235 ו-10 ק"ג לפלוטוניום-239. מצוינות מטה מסות קריטיות של מסות כדוריות של איזוטופים אשר משך מחצית החיים שלהן הוא למעלה מ-100 שנים:
- אורניום-233: 15 ק"ג [1]
- אורניום-235: 50 ק"ג [2]
- נפטוניום-237: 60 ק"ג [3]

- פלוטוניום-239: 10 ק"ג [4]
- פלוטוניום-240: 40 ק"ג [5]
- פלוטוניום-242: 100 ק"ג [6]
- אמריציום-241: 60-100 ק"ג
- אמריציום-242: 9-18 ק"ג
- אמריציום-243: 50-150 ק"ג
- קוריום-245: 12 ק"ג [7]

- קוריום-246: 70 ק"ג
- קוריום-247: 7 ק"ג
- קליפורניום-251: 9 ק"ג [8]
[עריכה] תכנון נשק
עד לרגע שבו נחוץ הפיצוץ, חייב להישמר נשק גרעיני במצב תת-קריטי. במקרה של פצצת אורניום, ניתן לקיים את הדבר על ידי אחזקת הדלק במספר חלקים נפרדים, שכל אחד מהם קטן מהגודל הקריטי. ליצירת הפיצוץ, מתערבבים תכולות מיכלי האורניום במהירות. בליטל בוי, פצצת האטום הראשונה, הדבר הושג באמצעות ירי חתיכות קטנות של אורניום לתוך מיכל אורניום גדול יותר (נשק מסוג "אקדח").
הפרדת תאים אינה משמשת לפצצות פלוטוניום. במקום זאת מוחזק הפלוטוניום ככדור חלול. הפיצוץ מושג על ידי מטען המקיף את הכדור החלול, המעלה את הצפיפות הכוללת ומקטין את נפח החריר בכדי ליצור תנאים קריטיים לתגובה. זהו נשק מסוג קריסה כלפי פנים.

