Kritische massa
minimale hoeveelheid splijtstof om een nucleaire kettingreactie in stand te houden / Uit Wikipedia, de vrije encyclopedia
De kritische massa of kritieke massa is de minimale hoeveelheid splijtbaar materiaal die nodig is om een nucleaire kettingreactie in stand te houden. Ze is onder andere afhankelijk van de fysische eigenschappen van het materiaal, de vorm, de dichtheid, de zuiverheid en het al dan niet aanwezig zijn van een neutronenreflector, een neutronenmoderator en eventuele neutronenabsorberende substanties.
In hoeverre een opstelling (bijvoorbeeld een kernreactor) kritisch is, wordt meestal aangegeven met de vermenigvuldigingsfactor k. Dit getal drukt uit hoeveel neutronen er gemiddeld door kernsplijting worden gevormd uitgaande van één door kernsplijting gevormd neutron; men spreekt in dit verband van 'generaties' neutronen, alsof de neutronen allemaal tegelijk wel of niet een splijting veroorzaken en bijvoorbeeld 1000 neutronen in de eerste generatie bij k=1,01 leiden tot 1010 neutronen in de volgende generatie, enzovoort. Als de factor k kleiner is dan 1, zal geen kettingreactie ontstaan - de opstelling is subkritisch of onderkritisch. Beginnend met een aantal neutronen zal in iedere volgende generatie het aantal neutronen afnemen. Als k groter is dan 1, zal een kettingreactie ontstaan waarbij het aantal kernsplijtingen steeds verder toeneemt. Hiervoor is uiteraard nodig dat zich ten minste enkele neutronen met de juiste energie in het materiaal bevinden. Deze kunnen komen uit toevoegingen aan het materiaal (opzettelijk of als verontreiniging) of van een externe neutronenbron. Bij precies k=1 is de opstelling kritisch.
In een splijtingsreactor wordt de reactorkern voor productie in de buurt van kritisch (k=1) gehouden. Het instelpunt van de reactie wordt hier bestuurd met regelelementen van een neutronenabsorberend materiaal als cadmium of boor. Deze staven kunnen in en uit de kern worden geschoven waardoor - voor de reactor als geheel - als het ware de kritische massa verandert, en de reactie vertraagt of versnelt. Ook hier spreekt men van 'kritisch' wanneer k=1.
Daarbij is echter wel het onderscheid van belang tussen prompte en nakomende neutronen, en het gebruik van een enkele grootheid k is een ruwe benadering.