临界质量

临界质量，是指维持核子链式反应所需的裂变材料质量，是核子反应堆和核子武器设计中的一个重要概念。不同的可裂变材料，受核子的性质（如裂变截面）、物理性质、物料形状、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。

刚好可以产生链式反应的组合，称为已达“临界点”。比这样更多质量的组合，核裂变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链式反应，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，核裂变的速率会随时间减少，称之为“次临界”。

各种光滑球体的临界质量

能够以最少的物料到达临界质量的形状是球形。如果在四周加以中子反射物料，临界质量可以更少。有中子反射的球形铀-235临界点为15公斤左右。钚则为10公斤左右。

以下为普通球形，没有中子反射之下的临界质量：

同位素	半衰期 （年）	临界质量 （公斤）	临界直径 （厘米）	参考
铀-233	159,200	15	11	[1]
铀-235	704,000,000	52	17	[1]
镎-236	154,000	7	8.7	[2]
镎-237	2,144,000	60	18	[3][4]
钚-238	87.7	9.04–10.07	9.5–9.9	[5]
钚-239	24,110	10	9.9	[1][5]
钚-240	6561	40	15	[1]
钚-241	14.3	12	10.5	[6]
钚-242	375,000	75–100	19–21	[6]
镅-241	432.2	55–77	20–23	[7]
镅-242	141	9–14	11–13	[7]
镅-243	7370	180–280	30–35	[7]
锔-243	29.1	7.34–10	10–11	[8]
锔-244	18.1	13.5–30	12.4–16	[8]
锔-245	8500	9.41–12.3	11–12	[8]
锔-246	4760	39–70.1	18–21	[8]
锔-247	15,600,000	6.94–7.06	9.9	[8]
锫-247	1380	75.7	11.8-12.2	[9]
锎-249	351	6	9	[2]
锎-251	290	5	8.5	[2]
锎-252	2.6	2.73	6.9	[10]

纯度较低的铀，临界质量会有所增加。例如20%的铀-235，以4厘米厚的铍反射中子临界质量达400公斤。若如果纯度只为15%，临界质量更高达600公斤。

核武器设计

核子武器在引爆以前必须维持在次临界。以铀核弹为例，可以把铀分成数大块，每块质量维持在临界以下。引爆时把铀块迅速结合。投掷在广岛的“小男孩”原子弹是把一小块的铀透过枪管射向另一大块铀上，造成足够的质量。这种设计称为“枪式”。钚核弹不能以这种方法引爆。第一枚钚原子弹“胖子”的钚是造成一个在次临界以下的中空球状。引爆时使用包围在四周的炸药把钚挤压，增加密度及减少空间，造成即发临界。这种设计称为“内爆式”。

相关条目

• 临界事故
• 核武器
• 浓缩铀
• 原子弹