מסה קריטית בפיזיקה
לעתים קרובות משתמשים במונח הפיסיקה של מסת קריטית בקשר לביקוע גרעיני. החומר שיש לפצל חייב לעבור את המסה הקריטית על מנת שיוכל להימשך כתגובת שרשרת.
ביקוע גרעיני - ידע בפיזיקה המוצג בקצרה
- שני הכימאים אוטו האן ופרידריך שטראסמן גילו יחד עם הפיזיקאית ליז מייטנר בשנת 1939 כי גרעין של איזוטופ אורניום מסוים (כלומר אורניום -235) המתפצל לשני גרעיני פסולת במשקל בינוני כשהם מופגזים בנויטרונים איטיים משאיר. מוצרי הביקוע הם בעיקר רדיואקטיביים (בשל עודף הניוטרונים שלהם).
- חקירות מפורטות יותר זמן מה לאחר מכן הראו כי פיצול זה אינו רק אֵנֶרְגִיָהשנשמר בגרעין משתחרר, אך גם 2-3 נויטרונים.
- הנויטרונים המשתחררים במהלך הביקוע הגרעיני יכולים לפצל גרעיני אורניום נוספים, כאשר נויטרונים נוספים משתחררים.
- אם יש מספיק גרעיני אורניום, התהליך גדל כמו מפולת שלגים - מתרחשת תגובת שרשרת בה משתחררות כמויות עצומות של אנרגיה (מילת מפתח: פצצת אטום).
מסת קריטית - מה זה?
- התנאי המוקדם לתגובת השרשרת הפיזית במהלך הביקוע הוא כמובן שהניוטרונים שמשתחררים בתורם מפצלים גרעיני אורניום.
- אולם לשם כך יש להתקיים תנאים מסוימים: אסור לנויטרונים להיגרם כתוצאה מתגובות אחרות (למשל. ב. לכידה על ידי גרעינים אטומיים אחרים או לכידת קירות) עדיין הולכים לאיבוד באוויר הפתוח, כלומר יכולים לברוח מהחומר המכיל אורניום.
- לכן האפשרות הפשוטה ביותר היא לקחת כל כך הרבה חומר בקיע (אורניום -235) שהניוטרונים המיוצרים רק ממשיכים להישאר לפגוש חומר בקיע, כלומר לפגוש שותף תגובה חדש בדרכו בחומר לפני שהם עוזבים אותו או אחרת לְהָגִיב.
- כמובן שניתן להשיג זאת באמצעות כמות מינימלית של חומר בקיע.
- אם המסה הזו היא כדורית, המסה הקריטית היא כמות החומר הבקיע הנחוץ לפחות לתגובת השרשרת.
- המסה הקריטית של אורניום -235 טהור (!) היא כ -50 ק"ג, חומרים בקיעים מועשרים בהתאמה יותר.
- כיסויים מיוחדים העשויים מחומר המשקף נויטרונים מפחיתים באופן טבעי את המסה הקריטית הזו, כך שסביבות 15 ק"ג U-235 וכ -4.4 ק"ג מהפלוטוניום הבקע גם כמסה קריטית (צבאית-טכנית, כלומר לפיצוץ גרעיני) מַסְפִּיק.
ממה עשויה פצצת אטום?
מובטח לכם שלא תטעו כשנשאלים ממה עשויה פצצת אטום ...
עד כמה אתה מוצא את המאמר הזה?
