U235要发生链式反应的条件是要达到它的临界质量和临界体积,那什么是临界质量和临界体积?

Question

U235要发生链式反应 的条件是要达到它的临界质量和临界体积,那什么是临界质量和临界体积?

Answer 1

临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量.不同的可裂变材料,受核子的性质(如裂变横切面)、物理性质、物料型状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响,而会有不同的临界质量.
刚好可能以产生连锁反应的组合,称为已达临界点.比这样更多质量的组合,核反应的速率会以指数增长,称为超临界.如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应,这种临界被称为即发临界,是超临界的一种.即发临界组合会产生核爆炸.如果组合比临界点小,裂变会随时间减少,称之为次临界.
临界体积也称“临界大小”.可发生裂变的物质,产生链式反应所必须具有的最小体积.如果铀块的体积小于临界体积,中子从铀块中通过时,可能还没有碰到铀-235而引起裂变前就已飞出铀块外去了.于是中子数目越来越少,不能使链式反应继续下去.在原子核反应堆能正常运转,即堆内链式反应能正常进行,就必须能保证由原子核裂变所产生的中子,能补偿被其它核俘获（不产生裂变）或者逸出反应堆而损耗的中子,这条件只有在反应堆具有一个最低限度的体积,即临界体积时,才能实现.临界体积与堆内可裂变物质,例如,同位素铀-235的含量百分比、铀和减速剂的布置方式以及其他物质存在的情况都有关,因而它不是一个常数.又如要使原子弹发生爆炸,也必须使铀块具有一个最低限度的体积,这体积也称临界体积.在设计原子核反应堆时,临界体积的计算是重要的一环
维持裂变链式反应所需的核燃料或反应堆的体积.又称中肯体积.核裂变放出2～3个中子,放出的中子可继续引起核裂变,也可能被吸收而不发生裂变,也可能逸出裂变物质.为了维持裂变链式反应,要求裂变过程得到的中子数（即后一代中子数)同引起裂变的中子数（即前一代中子数）的比值,称为中子增殖系数,k≥1.相应于k＝1的核燃料或反应堆的体积就是临界体积.当不是临界体积时,不会发生持续的裂变链式反应,有利于裂变燃料的贮存；当超过临界体积,则可发生持续的裂变反应.临界体积是核裂变技术中的重要参数.临界体积的大小取决于裂变反应中的平均裂变中子数、裂变燃料的纯度以及裂变装置的类型、结构.