核連鎖反応を維持するには、中性子が必要です。中性子が核分裂性核を襲うと、核を2つの小さな核に分割し、追加の中性子とエネルギーを放出することができます。これらの新しく放出された中性子は、他の核を分割して連鎖反応を引き起こす可能性があります。
連鎖反応が発生するためには、各核分裂イベントから生成された中性子が平均して少なくとも1つの追加の核分裂を引き起こすことを保証するのに十分な核分裂性物質が存在する必要があります。材料が少なすぎると、中性子が多すぎるとサンプルから逃げ出し、連鎖反応は維持されません。
特定の核分裂性同位体の臨界質量は、次のようないくつかの要因によって決定されます。
- 同位体： 異なる核分裂性同位体には、臨界質量が異なります。たとえば、ウラン-235の臨界質量は約52キログラムですが、プルトニウム-239の臨界質量は約10キログラムです。
- 物理フォーム： 核分裂性物質の物理的形態は、臨界質量にも影響します。核分裂性物質のコンパクトな球体またはシリンダーは、薄い層に広がる同じ量の材料よりも臨界質量が小さくなります。
- 周辺環境： 周囲の環境は、臨界質量にも影響を与える可能性があります。たとえば、水やベリリウムなどの中性子反射器の存在は、核分裂性アセンブリの臨界塊を減らすことができます。
臨界質量は、原子炉と核兵器の設計において重要な考慮事項です。原子炉では、核分裂性物質は慎重に制御され、連鎖反応が制御不能にならずに維持されるようにします。核兵器では、核分裂性物質が急速に集まって、核の爆発を引き起こす臨界質量を達成します。
