Critical Mass
Минимальное количество делящегося материала (ДМ, см. Делящиеся материалы; 233U, 235U, 239Pu), необходимое для достижения самоподдерживающейся цепной ядерной реакции деления в системе, имеющей определенную совокупность геометрических, конструктивных и эксплуатационных параметров. Для некоторых изотопочистых ДМ в виде «голого шара» К. м. имеют следующие значения: 235U – 50 кг, 233U – 17 кг, 239Pu – 15 кг. При наличии внешнего отражателя эти значения уменьшаются в 2–3 раза. Поскольку сечение деления у ДМ для медленных нейтронов примерно в 100 раз выше, чем для незамедленных вторичных нейтронов цепной ядерной реакции деления, К. м. при наличии замедлителя может быть достигнута при существенно меньшей концентрации ДМ. Поэтому ядерные заряды (ЯЗ), где замедлитель недопустим, могут быть созданы лишь на основе высокообогащенного ДМ (≥ 90% 233U, 235U, 239Pu), а в ядерных реакторах с замедлителем применяют топливо с существенно меньшим обогащением по 235U (единицы %). Для некоторых же типов замедлителя (тяжелая вода, графит), в силу особенностей их ядерно-физических свойств, К. м. может быть достигнута даже на естественном уране (0,71% 235U).
Физический смысл К. м. обуславливает наличие фундаментального предела использования ДМ как ядерного горючего в технической системе. Независимо от факта ее управляемости (ядерный реактор) или неуправляемости (ядерный заряд) в ней выгорает не весь ДМ, а лишь его избыток над К. м., и самоподдерживающаяся цепная реакция в определенный момент прекращается (потеря критичности), хотя некоторое (часто значительное) количество ДМ в системе еще остается.
Динамика протекания самоподдерживающейся цепной ядерной реакции деления всегда характеризуется двумя точками критичности. В ЯЗ деления первая точка (достижение критичности) достигается при соединении подкритических масс или сжатия изначально подкритичного центрального ядра, а вторая (потеря критичности) – при разлете вещества заряда вследствие взрывного выделения энергии цепной реакции. Состояния постоянной критичности при этом не наблюдается. В ядерном реакторе, напротив, такое состояние функционально является основным, а переход через первую точку (достижение критичности) и вторую (останов реактора) является переходными режимами, достигаемыми с помощью систем его управления.
Лит.: Справочник по ядерной энерготехнологии. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 692–694;
Матвеев Л.В., Рудик А.П. Почти все о ядерном реакторе. М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 120–122;
Шмелев А.Н., Куликов Г.Г., Апсэ В.А. Физические факторы и свойства ядерных материалов, влияющие на их защищенность. М.: МИФИ, 2001. С. 10–15;
Климов А.Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М.: Энергоатомиздат, 2002. С. 270–272.
См. также: Плутоний.
А.Б. Колдобский
