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Kritische Masse

Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Kritischen Masse im ursprünglichen Sinne der Kernphysik. Weitere abgeleitete Bedeutungen unter Kritische Masse (Begriffsklärung).

Kritische Masse bezeichnet in der Kernphysik und Kerntechnik die Mindestmasse eines aus einem spaltbaren Nuklid bestehenden Objektes, ab der die effektive Neutronenproduktion eine Kettenreaktion der Kernspaltung aufrechterhalten kann. Das erste Neutron, das die Kettenreaktion startet, stammt aus der spontanen Spaltung eines der Atomkerne.

Bei jeder Kernspaltung entsteht dabei im Mittel mindestens ein Neutron, das eine weitere Kernspaltung verursacht, während die anderen Neutronen das Objekt verlassen oder auch ohne Auslösung einer Spaltung absorbiert werden können (siehe auch Kritikalität). Die kritische Masse hängt damit auch ab von

Je höher die Dichte, desto geringer ist die kritische Masse. Die geringste kritische Masse hat ein kugelförmiges Objekt. Ein Neutronenabsorber vergrößert die kritische Masse, ein Moderator verringert sie, ebenso ein Reflektor wie z. B. Beryllium, Wolframcarbid oder Uran-238.

Vergleicht man kritische Massen verschiedener Nuklide, beziehen sich diese in der Regel auf eine homogene unkomprimierte Kugel aus dem reinen Material ohne einen umgebenden Neutronenreflektor. Bei anderen Formen als einer Kugel ändert sich die kritische Masse. In folgender Liste sind diese mit der reflektierten und unreflektierten kritischen Masse für schnelle unmoderierte Systeme zusammengefasst.

Isotop Kritische Masse Link
unreflektiert reflektiert
Protactinium-231 580–930 kg – kg
Uran-233 16,5 kg 7,3 kg [1]
Uran-235 49,0 kg 22,8 kg [2]
Neptunium-237 68,6 kg 64,6 kg [3]
Plutonium-238 ca. 9,04 -10,31 kg [4]
Plutonium-239 10,0 kg 5,42 kg [5]
Plutonium-240 158,7 kg 148,4 kg [6]
Plutonium-241 10 kg 6,0 kg [7]
Plutonium-242 100,0 kg – kg [8]
Americium-241 113,5 kg 105,3 kg [9]
Americium-242m 9–18 kg – kg [10]
Americium-243 50–150 kg – kg [11]
Curium-244 23,2 kg 22,0 kg
Curium-245 12 kg – kg [12]
Curium-246 70 kg – kg [13]
Curium-247 7 kg – kg [14]
Californium-251 9 kg – kg [15]

Bei einer Atombombe werden unterkritische Massen mit Hilfe eines chemischen Sprengsatzes zu einer überkritischen Masse zusammengepresst. Um die Kritische Masse zu reduzieren, werden verschiedene Techniken eingesetzt:

Quellen