Unterschied zwischen einer Unterkritischen und einer Überkritischen Masse (Chemie, Atombombe)?

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2 Antworten

Von einer kritischen Masse spricht man in der Kerntechnik, wenn eine geometrische Anordnung von Spaltstoff (Uran 233, Uran 235, Pu
239, ...) in der Lage ist, eine selbst erhaltende Kettenreaktion zu
erzeugen. Hier ist der Neutronenvermehrungsfakto k wichtige. Ist k =
1 bedeutet das, dass der Verlust von Neutronen durch z.B.
Austritt aus der Anordnung durch die Oberfläche (Leckstrom)
oder durch Absorption in der Anordnung durch z.B. Cadmium,
eine überschüssige Neutronenerzeugung im Spaltstoff genau
kompensiert (n-Erzeugung = n-Verlust).

Der Begriff "kritische Masse" ist eher populär,
denn die selbe Masse x an Spaltstoff kann in Plattengeometrie
(also als Platte ausgewalzt) keine eigene Kettenreaktion aufrecht
erhalten, in der Kugelgeometrie jedoch schon. Die Kugel hat
das geringste Oberflächen-pro-Volumen-Verhältnis aller
geometrischen Körper und damit die geringsten Leckverluste. Daher
hätte ein Kugel-Haus auch die geringsten Wärmeverluste.

Weiter kann man eine Spaltstoffmenge mit bestimmten Stoffen (z.B.
Neutronenreflektoren) umgeben.Das fürht dann dazu, das eine
Vollkugel aus Spaltstoff, welche noch nicht kritisch wird, mit einem
angebrachten Neutronenreflektor in Form von Kugelschalen sehr wohl
kritisch ist.

Aus diesem Grund gibt es für einen Spaltstoff Y mehrere
kritische Massen
, in Abhängigkeit der Spaltstoffgeometrie
und des Reflektormaterials. Es ist daher sinnvoller von
kritischer Geometrie eines Spaltstoffes zu sprechen. Siehe
hierzu mal den Wikipedia-Artikel „kritische Masse“
(https://de.wikipedia.org/wiki/Kritische_Masse) an.

Es gibt im Zusammenhang mit der nuklearen Kettenreaktion vier

Grund-Begriffe: unter-kritisch, kritisch, über-kritisch, prompt

überkritisch. unter-kritisch:

Der Neutronen-Vermehrungs-Faktor k<1 -> Hier ist die

nukleare Anordnung nicht in der Lage eine nukleare Kettenreaktion einzuleiten oder zu halten. Die nukleare Anordnung arbeitet nur als

Neutronen-Verstärker mit einem konstanten Verstärkungs-Faktor.

kritisch: Der Vermehrungs-Faktor k =1 -> Die nukleare Anordnung ist
jetzt gerade so in der Lage eine nukleare Kettenreaktion zu starten,
jedoch durch die umgehende Wärmeerzeugung in der nuklearen Anordnung ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass die nukleare
Kettenreaktion wegen der folgenden Wärmeausdehnung abreißt. In
diesem Modus arbeiten Kernkraftwerke, wenn sie ihre Soll-Leistung
erreicht haben.

über-kritisch:

Hier ist der Neutronen-Vermehrung-Faktor k >1 jedoch

kleiner

als 1+ Beta. Beta gibt hier den Anteil der verzögerten Neutronen an (schau mal bei Wiki unter verzögerte Neutronen). In diesem Bereich arbeiten Kernreaktoren zum Anfahren oder

Runterfahren.

prompt-überkritisch: Hier ist der Neutronen-Vermehrungs-Faktor k > (1 + Beta). Es ergibt sich hier eine relativ schnelle Leistungs-Erhöhung über der Zeit. Einige Reaktoren arbeiten auch in diesem Bereich, um z.B. gepulste Neutronen für Forschungszwecke zu erzeugen (siehe 
TRIGA-Reaktor de.wikipedia.org/wiki/TRIGA).

Man kann diesen Kritikalitäts-Bereich sehr wohl problemlos nutzen, wenn der resultierende Temperatur-Koeffizient genügend stark negativ ist und die Spalungs-Wärme unmittelbar, also prompt, in die nukleare
Kettenreaktion einwirkt. Stichwort ist hier die Doppler-Verbreiterung
im Uran-238 -Resonanzeinfang oder wie am Beispiel des TRIGA, die
prompte Einwirkung auf die Neutronen-Moderation im Brennstoff selbst
(homogen thermische Reaktoren). Dieser zuletzt angesprochene Effekt
ergibt sich bei allen homogen-thermischen Kernreaktoren, welche sich
so bei einer bestimmten Temperatur einschwingen. Eine
Leistungs-Exkursion wie bei KKW-Tschernobyl ist bei
homogen-thermischen Kernreaktoren grundlegend physikalisch
ausgeschlossen (prompte Rückwirkung auf die Neutronen-Moderation).
Bei den klassischen Leichtwasser-Reaktoren heterogener Bauart gibt es auch eine Rückwirkung auf die Neutronen-Moderation, welche elementar wichtig für die Regelung ist, jedoch ist diese auf Grund der
Wärmeträgheit der Wärmeleitung nicht prompt. Für klassische KKW
ist diese träge Wärme-Rückkopplung jedoch voll ausreichend, da
hier ja keine Neutronen-Pulse sehr hoher Kurzzeit-Leistung erzeugt
werden sollen.

Quelle:

de.wikipedia.org/wiki/Kritikalit%C3%A4t

- Wikipedia Kritikalität

de.wikipedia.org/wiki/Demon_Core

Beispiel dafür, dass einem eine kritische Anordnung bei
versehentlicher Kritikalität nicht explodiert

de.wikipedia.org/wiki/Godiva-Reaktor

hochleistungs Puls-Neutronen-Quelle arbeitet mit einer kritischen
Anordnung aus 100% angereichertem Uran-235 ohne zu explodieren

en.wikipedia.org/wiki/Passive

nuclear safety - Wikipedia passive Sicherheit im Kernreaktor

ww.kernfragen.de/kernfragen/lexikon/d/dopplereffekt.php

de.wikipedia.org/wiki/Dampfblasenkoeffizient

- Dampfblasen-Koeffizient

ww.kernenergie.de/kernenergie-wAssets/docs/service/623tschernobyl

2011.pdf - negativer Dampfblasen Koeffizient, wie wichtig ist es, das
dieser Koeffizient negativ ist. Vergleich Tschernobyl zu deutschen
Reaktoren

ww.nuceng.ca/br

space/class/Module3C Temp&VoidJun21.pdf - Grundlage zur
Reaktor-Sicherheit am Bsp. des kanadischen CADU-Reaktors

PS.

Aufgrund der Wärmeausdehnung der nuklearen Anordnung, ist es
übrigens nicht einfach eine Kernwaffe zu bauen.

 

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Eine unrerkritische masse ist im Gegenteil zu einer überkritischen Masse nicht dazu im Stande eine kernspaltende Kettenreaktion (z.b. atombombe) aufrecht zu erhalten.

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Kommentar von WannaHelpYa
13.01.2016, 20:12

Danke :) und von was hängt es ab ob eine Masse unter oder überkritisch ist

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Kommentar von bikerfreak11
13.01.2016, 20:14

naja also von der masse eben also dem Gewicht.

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