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Kritische Masse


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Kritische Masse bezeichnet in der Kernphysik die Mindestmasse eines aus einem spaltbaren Isotop bestehenden Objektes ab der die effektive eine Kettenreaktion der Kernspaltung aufrechterhalten kann. Bei jeder Kernspaltung entsteht im Mittel mindestens ein Neutron das eine neue Kernspaltung verursacht während anderen Neutronen das Objekt verlassen können. Die Masse hängt damit auch von der Dichte und der Form des Objektes ab. höher die Dichte desto geringer ist die Masse. Die geringste kritische Masse hat ein wenn es kugelförmig ist. Befindet sich innerhalb Objektes ein Neutronenabsorber dann vergrößert sich die Masse. Ist das Objekt von einem Neutronenreflektor Beryllium) umgeben verringert sie sich.

Vergleicht man kritische Massen verschiedener Isotope sich diese in der Regel auf eine unkomprimierte Kugel ohne einen umgebenden Neutronenreflektor. In Liste sind diese ungefähren kritischen Massen für Isotope zusammengefasst. Dabei sind nur solche Isotope die eine Halbwertszeit von mehr als 100 Jahren haben:


Bei einer Atombombe wird die kritische Masse in unterkritische aufgeteilt die nach Zündung eines umgebenden chemischen zu einer überkritischen Masse zusammengepresst werden. Um Kritische Masse zu reduzieren werden verschiedene Techniken

  • Kompression : Teilweise wird auch eine Vollkugel des Isotopes durch die chemische Explosion derart komprimiert die Dichteerhöhung die kritische Masse unter die der Kugel drückt.

  • Neutronenreflektor : Durch Kombination einer starken Kompression und Neutronenreflektors kann die kritische Masse für Plutonium-239 etwa 1 kg herabgesetzt werden [14] . Das Gesamtgewicht eines solchen Sprengsatzes ist wegen des aufwändigen chemischen Zündsatzes relativ hoch.

  • Moderator :Die kritische Masse kann außerdem durch Anwesenheit Neutronen moderators stark herabgesetzt werden was besonders während Aufbereitung der kerntechnischen Brennstoffe zu beachten ist hier die spaltbaren Isotope häufig in Lösung Da die Zeit die für die Thermalisierung Neutronen benötigt wird jedoch relativ groß ist bei Überschreiten der kritischen Masse in einem System keine Explosion statt sondern nur eine Erhitzung (begleitet von radioaktiver Strahlung) die zur und teilweise zum Aufkochen der Lösung führt die Dichte sinkt und damit die kritische steigt. Die kritischen Massen liegen hier oft im Bereich einiger hundert Gramm. Eine Unterschätzung Moderations-Effektes hat schon öfters zu schweren Unfällen [15] zuletzt 1999 in Tokaimura ( Japan ).



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