Casi crític

En ingenieria nuclear, un montage és cuasicrítico si per cada event de fissió nuclear, un o més dels neutrons instantàneus o immediats lliberats causa un event adicional de fissió. Açò causa un ràpit increment exponencial en la cantitat d'events de fissió. La cuasicriticidad és un cas especial de la supercriticidad.

Criticidad

Un montage és crític si cada event de fissió causa, en promig, exactament un atre. Açò causa una reacció en cadena de fissió autosostenida. Quan un àtom d'urani-235 (U-235) és somés a una fissió nuclear, normalment llibera 2 o 3 neutrons (sent el promig 2,4). És este cas, un montage és crític si cada neutró lliberat té una provabilitat d'1/2,4 = 0,42 = 42 % de causar un atre event de fissió com opost a ser absorbit per un event de captura de no fissió o a escapar del núcleu fisible.

La cantitat promig de neutrons que causen nous events de fissió és cridada el factor de multiplicació de neutrons efectius, usualment denotada pels símbols k-efectiu, k_ef o k. Quan el k-efectiu és igual a 1, el montage és declarat com a crític, si el k-efectiu és menor a 1 es diu del montage que és subcrítico, i si el k-efectiu és major que 1 el montage és declarat supercrítico.

Crític contra cuasicrítico

En un montage supercrítico la cantitat de fissions per unitat de temps, N, junte la producció d'energia, s'incrementa exponencialment en el temps. La rapidea d'eixe aument depén del temps promig que li pren, T, als neutrons lliberats en un event de fissió causar una atra fissió. La taxa de creiximent de la reacció està donada per:

$N(t)=N_0{e}^{kt/T}$

La major part dels neutrons lliberats per un event de fissió són aquells lliberats per la fissió mateixa. Estos són cridats neutrons immediats, i colpegen atres núcleus i causen fissions adicionals dins de microsegons. No obstant una chicoteta font adicional de neutrons és el producte de la fissions. Alguns dels núcleus resultants de la fissió són isòtops radiacivos en una curta vida mija, i les reaccions nuclears entre ells lliberen neutrons adicionals despuix d'un llarc retart fins a varis minuts despuix de l'event de fissió inicial. Estos neutrons, que en promig són menys del 1 % del total de neutrons lliberats per la fissió, són cridats neutrons retardados. La relativament llenta escala de temps en la que els neutrons retardados apareixen és un aspecte important per al disseny de reactors nuclears, ya que permet que el nivell de potència del reactor siga controlat pel moviment mecànic i gradual de barres de control. Normalment, les barres de control contenen verí per a neutrons (per eixemple bor i hafni) com un mig d'alterar el k-efectiu. En l'excepció dels reactors experimentals de pols, els reactors nuclears estan dissenyats per a operar en un modo crític retardat i posseïxen sistemes de seguritat que prevenen que ells mai alcancen la cuasicriticidad.

En un montage de criticidad retardada, els neutrons retardados són necessaris per a alcançar un k-efectiu major que un. Aixina el temps entre generacions successives de la reacció, T, és dominat pel temps que els pren ser lliberats als neutrons retardados, en l'orde de segonS o minuts. Per lo tant la reacció s'incrementarà llentament, en una constant de temps alta. Açò és lo suficientment llent per a permetre que la reacció siga controlada en un sistema de control electromecànic tal com les barres de control, tots els reactors nuclears estan dissenyats per a operar en este règim de criticidad retardada.

En contrast, un montage supercrítico es diu que és cuasicrítico si és crític sense cap contribució dels neutrons retardados i que és super-cuasi-crític si és supercrítico sense cap contribució dels neutrons retardados. En este cas el temps entre generacions successives de la reacció, T, solament està llimitada pel temps de vida dels neutrons instantàneus, i l'increment en la reacció serà extremadament ràpit, causant una ràpida lliberació d'energia dins d'uns pocs milisegons. Montages cuasicríticos són creats intencionalment per disseny per a ser usat en armes nuclears i en alguns experiments d'investigació especialment dissenyats.

Quan es diferencia entre un neutró instantàneu i un neutró retardado, la diferència entre els dos està en la font del com el neutró va ser lliberat en el reactor. Els neutrons, una volta lliberats, no tenen cap diferència llevat l'energia o velocitat que les ha segut impartida a ells. Un arma nuclear es base fortament en la super-cuasi-criticidad (per a produir un alt pico d'energia en una fracció de segon), mentres que els reactors nuclears usen la criticidad retardada per a produir nivells d'energia controlables per mesos o anys.

Vore també

• Massa crítica (nuclear)
• Disseny d'armes nuclears
• Captura de neutrons
• Moderador de neutrons
• Reactor subcrítico
• Neutró termal
• Coeficient de buit

Referències i enllaços

Enllaços

• "Nuclear Energy: Principles", Physics Department, Faculty of Science, Mansoura University, Mansoura, Egypt; apparently excerpted from notes from the University of Washington Department of Mechanical Engineering; themselves apparently summarized from Bodansky, D. (1996), Nuclear Energy: Principles, Practices, and Prospects, AIP
• DOE Fundamentals Handbook