הבדל מפתח – מסה תת-קריטית מול קריטית מול מסה על-קריטית
מסה תת-קריטית, קריטית וסופר-קריטית מתייחסת לכמות המסה של חומר בקיע המשמש בתגובות שרשרת גרעיניות. ההבדל העיקרי בין מסה תת-קריטית, קריטית וסופר-קריטית הוא שמסה תת-קריטית היא המסה של חומר בקיע שאינו מספיק כדי לקיים תגובת שרשרת גרעינית ואילו מסה קריטית היא המסה של חומר בקיע הנדרש לקיים תגובת שרשרת גרעינית, וכן מסה על-קריטית של חומר בקיע היא המסה שמספיקה לקיים תגובת שרשרת גרעינית.
תגובת שרשרת גרעינית היא סדרה של תגובות ביקוע. תגובת ביקוע גרעיני היא תהליך של שחרור נויטרון מגרעין אטום לא יציב. כאשר הנייטרון המשוחרר הזה יוצר אינטראקציה עם איזוטופ לא יציב אחר, האיזוטופ החדש עובר גם ביקוע גרעיני, ומשחרר נויטרון נוסף. באופן דומה, מתרחשת שרשרת של תגובות.
מהי מסה תת-קריטית?
מסה תת-קריטית היא המסה של חומר בקיע שאינו מספיק כדי לקיים תגובת שרשרת גרעינית. על מנת ליזום תגובת שרשרת ביקוע, צריכה להיות כמות מסה מינימלית הנדרשת של האיזוטופ הבקיע (המכונה המסה הקריטית). המסה התת-קריטית היא תמיד כמות פחותה מזו של המסה הקריטית; לכן, המסה התת-קריטית של חומר בקיע לא יכולה לקיים תגובת שרשרת ביקוע.
מספר הנייטרונים הקיימים במסה תת-קריטית של חומר בקיע יקטן אקספוננציאלית עם הזמן מכיוון שאין מספיק איזוטופים שמסוגלים לשחרר יותר נויטרונים על ידי אינטראקציה עם הנייטרונים הקיימים.
מהי מסה קריטית?
מסה קריטית היא כמות המסה הקטנה ביותר של חומר בקיע שנדרשת כדי לקיים תגובת שרשרת גרעינית. כמות המסה הקריטית תלויה בתכונות הגרעיניות של החומר הבקיע, בצפיפות, צורה והעשרה של חומר בקיע.
איור 1: מסת האיזוטופים קובעת את מספר הבקעים.
טוהר האיזוטופ חשוב גם בקביעת כמות המסה הקריטית. לדוגמה, אם הטוהר גבוה, המסה הקריטית נמוכה. הגורמים החיצוניים המשפיעים על ערך המסה הקריטית הם הטמפרטורה והסביבה של החומר הבקיע.
מהי מסה על-קריטית?
מסה על-קריטית של חומר בקיע היא המסה שמספיקה לקיים תגובת שרשרת גרעינית.כאשר יש מסה על קריטית במערכת שיש לה תגובות שרשרת ביקוע, קצב הביקוע יגדל עם הזמן. הסיבה לכך היא שההסתברות לאינטראקציה של נויטרון עם איזוטופ היא גבוהה מאוד, ישנם איזוטופים רבים שקיימים במערכת זו. עם זאת, לאחר זמן מה, המערכת משיגה מצב שיווי משקל שבו כמות המסה ירדה למסה הקריטית.
מה ההבדל בין מסה קריטית תת-קריטית למסה על-קריטית?
מסה תת-קריטית לעומת קריטית לעומת מסה סופר-קריטית |
|
| מסה תת-קריטית | מסה תת-קריטית היא המסה של חומר בקיע שאינו מספיק כדי לקיים תגובת שרשרת גרעינית. |
| מסה קריטית | מסה קריטית היא כמות המסה הקטנה ביותר של חומר בקיע שנדרשת כדי לקיים תגובת שרשרת גרעינית. |
| מסה סופר-קריטית | מסה על-קריטית של חומר בקיע היא המסה שמספיקה לקיים תגובת שרשרת גרעינית. |
| כמות מסה | |
| מסה תת-קריטית | מסה תת-קריטית היא כמות קטנה יותר ממסה קריטית. |
| מסה קריטית | מסה קריטית היא כמות המסה הקטנה ביותר הנדרשת כדי שתתחולל תגובת שרשרת ביקוע. |
| מסה סופר-קריטית | מסה על-קריטית היא כמות גבוהה יותר ממסה קריטית. |
| שיעור תגובה | |
| מסה תת-קריטית | קצב התגובה יורד עם הזמן בנוכחות מסה תת-קריטית. |
| מסה קריטית | קצב התגובה יורד עם הזמן בנוכחות מסה קריטית. |
| מסה סופר-קריטית | קצב התגובה יורד עם הזמן בנוכחות מסה על-קריטית. |
סיכום – מסה קריטית תת-קריטית לעומת מסה על-קריטית
תגובת ביקוע גרעיני יכולה ליזום מספר ביקועים עוקבים שמובילים ליצירת תגובות שרשרת ביקוע. בהתבסס על כמות המסה הנדרשת להתקדמות וכדי לקיים תגובת שרשרת, ישנם שלושה סוגים של מסות המכונות מסה תת-קריטית, מסה קריטית ומסה על-קריטית. ההבדל העיקרי בין מסה קריטית תת-קריטית לעל-קריטית הוא שמסה תת-קריטית היא המסה של חומר בקיע שאינו מספיק כדי לקיים תגובת שרשרת גרעינית ואילו מסה קריטית היא המסה של חומר בקיע הנדרש לתגובת שרשרת גרעינית ומסה על-קריטית. של חומר בקיע היא המסה שמספיקה לקיים תגובת שרשרת גרעינית.
