[科普中国]-超临界质量-

临界质量（Critical mass）是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料，受核子的性质（如裂变横切面）、物理性质、物料型状、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。

刚好可以产生连锁反应的组合，称为已达临界点。比这样更多质量的组合，核反应的速率会以指数增长，称为超临界，对应超临界质量（supercritical mass）。如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应，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，裂变会随时间减少，称之为次临界。

临界质量临界质量（Critical mass）是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料，受核子的性质（如裂变横切面）、物理性质、物料型状、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。

刚好可以产生连锁反应的组合，称为已达临界点。比这样更多质量的组合，核反应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连锁反应，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，裂变会随时间减少，称之为次临界。

恩里科·费米最先发现超临界组合，不一定同时是超过即发临界。他的发现开展了受控制的连锁反应的研究，后来发展的核子反应堆及核能都是出于这一发现。1

球状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：

|| || 表1.临界质量

纯度较低的铀，临界质量会有所增加。例如20%的铀-235，以4 cm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。2

武器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”。3

临界事故临界事故（英语：criticality accident）是核反应堆发生链式反应导致功率失常激增引起的事故。事故中浓缩铀或钚等裂变材料中的链式反应能产生强烈的中子辐射，对人类伤害极大，并且会在周围环境中引发感生放射性。临界或超临界核裂变一般发生在反应堆堆芯内部或实验中。

虽然临界事故危害较大，但是它一般达不到原子弹的设计条件，因此一般不会引发核爆炸。核反应产生的热量可能会让核材料膨胀，因此几秒之后材料又将处于亚临界状态，反应停止。在原子能的发展历程中，在反应堆外收集核裂变材料的时候曾经发生过60次临界事故，其中一些事故导致离事发地点较近的人员因接受了过量的辐射而死亡。不过，没有一起事故引起过爆炸。

事故原因把铀或钚的单质、化合物或溶液混合起来，就有可能引发临界事故。决定混合物是否达到临界点（即是否发生临界反应）的因素包括：同位素的比例；材料的形状；溶液的化学组成；化合物或合金的类别；复合材料和周围材料。预测材料达到临界状态的可能性的计算较复杂，因此民用和军用核设施都需要专人监控，以避免发生临界反应。

事故类型临界事故大致可分为两类。

操作事故，操作中所有的预防措施都失效的时候就会发生。

反应堆事故，反应堆失去控制，达到临界条件。根据反应的发展过程，可以把事故分为四个类型：

瞬间发生，迅速达到临界条件的事故；

只在短时间达到临界条件的事故；

潜在事故；

稳定发展的事故。4