Критическая масса — в ядерной физике минимальная масса делящегося вещества, необходимая для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления. Коэффициент размножения нейтронов в таком количестве вещества больше единицы или равен единице. Размеры, соответствующие критической массе, также называют критическими.
Величина критической массы зависит от свойств вещества (таких, как сечения деления и радиационного захвата), от плотности, количества примесей, формы изделия, а также от окружения. Например, наличие отражателей нейтронов может сильно уменьшить критическую массу.
В ядерной энергетике параметр критической массы является определяющим при конструировании и расчётах самых разнообразных устройств, использующих в своей конструкции различные изотопы или смеси изотопов элементов в определенных условиях к ядерному делению с выделением колоссального количества энергии. Например, при проектировании мощных радиоизотопных генераторов, в которых используются в качестве топлива уран и ряд трансурановых элементов, параметр критической массы ограничивает мощность такого устройства. При расчётах и производстве ядерного и термоядерного оружия параметр критической массы существенным образом влияет как на конструкцию взрывного устройства, так и на его стоимость и сроки хранения. В случае проектирования и строительства атомного реактора, параметры критической массы также ограничивают как минимальные, так и максимальные размеры будущего реактора.
m = 1,99 кг
V = 600 м/с
m1 = 0,01 кг
h - ?
Закон сохранения импульса для системы пуля-шар:
m1•V = (m1+ m)V₀. Отсюда
V₀ = m1•V/(m1+ m). (1)
Закон сохранения механической энергии:
Eκ₁ + Eп₁ = Eк₂ + Eп₂, (2*)
где Eκ₁ = (m1+m)V₀²/2 – начальная кинетическая энергия системы;
Eп₁ = 0 – начальная потенциальная энергия системы;
Eк₂ = 0 – конечная кинетическая энергия системы;
Eп₂ = (m1+m)gh – конечная потенциальная энергия системы.
Тогда (2*) примет вид:
(m1+m)V₀²/2 = (m1+m)gh, отсюда h = ( 1/(2g) )( m1•V/(m1+m) )².
h = ( 1/(2•9,8) )( 0,01•600/(0,01+1,99) )² = 0,46 м.