تفاوت کلیدی - جرم زیر بحرانی در مقابل جرم بحرانی در مقابل جرم فوق بحرانی
جرم زیر بحرانی، بحرانی و فوق بحرانی به مقدار جرم یک ماده شکافت پذیر مورد استفاده در واکنش های زنجیره ای هسته ای اشاره دارد. تفاوت اصلی بین جرم زیر بحرانی، بحرانی و فوق بحرانی در این است که جرم زیر بحرانی جرم یک ماده شکافت پذیر است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای کافی نیست در حالی که جرم بحرانی جرم یک ماده شکافت پذیر مورد نیاز برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای است. جرم فوق بحرانی یک ماده شکافت پذیر جرمی است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای بیش از اندازه کافی باشد.
واکنش زنجیره ای هسته ای مجموعه ای از واکنش های شکافت است. واکنش شکافت هسته ای فرآیندی است که در آن یک نوترون از یک هسته اتمی ناپایدار آزاد می شود. هنگامی که این نوترون آزاد شده با ایزوتوپ ناپایدار دیگری برهمکنش می کند، ایزوتوپ جدید نیز تحت شکافت هسته ای قرار می گیرد و نوترون دیگری آزاد می شود. به طور مشابه، زنجیره ای از واکنش ها رخ می دهد.
جرم زیر بحرانی چیست؟
جرم زیر بحرانی جرم یک ماده شکافت پذیر است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای کافی نیست. به منظور شروع یک واکنش زنجیره ای شکافت، باید حداقل مقدار مورد نیاز از جرم ایزوتوپ شکافت (معروف به جرم بحرانی) وجود داشته باشد. جرم زیر بحرانی همیشه مقدار کمتری از جرم بحرانی است. بنابراین، جرم زیر بحرانی یک ماده شکافت پذیر نمی تواند یک واکنش زنجیره ای شکافت را حفظ کند.
تعداد نوترون های موجود در یک جرم زیربحرانی از مواد شکافت پذیر با گذشت زمان به طور تصاعدی کاهش می یابد زیرا ایزوتوپ های کافی وجود ندارد که بتواند نوترون های بیشتری را با برهمکنش با نوترون های موجود آزاد کند.
جرم بحرانی چیست؟
جرم بحرانی کوچکترین مقدار جرم یک ماده شکافت پذیر است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای لازم است. مقدار جرم بحرانی به خواص هسته‌ای مواد شکافت‌پذیر، چگالی، شکل و غنی‌سازی مواد شکافت‌پذیر بستگی دارد.
شکل 1: جرم ایزوتوپ ها تعداد شکافت ها را تعیین می کند.
خلوص ایزوتوپ نیز در تعیین مقدار جرم بحرانی مهم است. به عنوان مثال، اگر خلوص بالا باشد، جرم بحرانی کم است. عوامل خارجی که بر مقدار جرم بحرانی تأثیر می‌گذارند، دما و محیط اطراف مواد شکافت‌پذیر هستند.
جرم فوق بحرانی چیست؟
جرم فوق بحرانی یک ماده شکافت پذیر جرمی است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای بیش از اندازه کافی باشد.هنگامی که جرم فوق بحرانی در یک سیستم دارای واکنش های زنجیره ای شکافت وجود داشته باشد، سرعت شکافت با زمان افزایش می یابد. این به این دلیل است که احتمال برهمکنش یک نوترون با ایزوتوپ بسیار زیاد است و ایزوتوپ های زیادی در آن سیستم وجود دارد. با این حال، پس از مدتی، سیستم به حالت تعادلی می رسد که در آن مقدار جرم به جرم بحرانی کاهش می یابد.
تفاوت بین جرم بحرانی زیربحرانی و جرم فوق بحرانی چیست؟
جرم زیربحرانی در مقابل جرم بحرانی در مقابل جرم فوق بحرانی |
|
| جرم زیر بحرانی | جرم زیر بحرانی جرم یک ماده شکافت پذیر است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای کافی نیست. |
| جرم بحرانی | جرم بحرانی کوچکترین مقدار جرم یک ماده شکافت پذیر است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای لازم است. |
| جرم فوق بحرانی | جرم فوق بحرانی یک ماده شکافت پذیر جرمی است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای بیش از اندازه کافی باشد. |
| میزان جرم | |
| جرم زیر بحرانی | جرم زیر بحرانی مقدار کمتری از جرم بحرانی است. |
| جرم بحرانی | جرم بحرانی کوچکترین مقدار جرم مورد نیاز برای شروع واکنش زنجیره ای شکافت است. |
| جرم فوق بحرانی | جرم فوق بحرانی مقداری بالاتر از جرم بحرانی است. |
| نرخ واکنش | |
| جرم زیر بحرانی | سرعت واکنش با زمان در حضور جرم زیر بحرانی کاهش می یابد. |
| جرم بحرانی | سرعت واکنش با زمان در حضور جرم بحرانی کاهش می یابد. |
| جرم فوق بحرانی | سرعت واکنش با زمان در حضور جرم فوق بحرانی کاهش می یابد. |
خلاصه - جرم بحرانی زیر بحرانی در مقابل جرم فوق بحرانی
یک واکنش شکافت هسته ای می تواند چندین شکافت بعدی را آغاز کند که منجر به ایجاد واکنش های زنجیره ای شکافت می شود. بر اساس مقدار جرم مورد نیاز برای پیشرفت و حفظ یک واکنش زنجیره ای، سه نوع جرم وجود دارد که به عنوان جرم زیر بحرانی، جرم بحرانی و جرم فوق بحرانی نامگذاری می شوند. تفاوت اصلی بین جرم بحرانی و فوق بحرانی در این است که جرم زیر بحرانی جرم یک ماده شکافت پذیر است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای کافی نیست در حالی که جرم بحرانی جرم یک ماده شکافت پذیر مورد نیاز برای یک واکنش زنجیره ای هسته ای پایدار و جرم فوق بحرانی است. یک ماده شکافت پذیر جرمی است که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای هسته ای بیش از اندازه کافی است.
