I neutroni sono necessari per sostenere una reazione nucleare a catena. Quando un neutrone colpisce un nucleo fissile, può dividere il nucleo in due nuclei più piccoli, rilasciando neutroni ed energia aggiuntivi. Questi neutroni appena rilasciati possono poi dividere altri nuclei, creando una reazione a catena.
Perché si verifichi una reazione a catena, deve essere presente abbastanza materiale fissile da garantire che i neutroni prodotti da ciascun evento di fissione causino, in media, almeno un'ulteriore fissione. Se c'è troppo poco materiale, troppi neutroni fuoriusciranno dal campione e la reazione a catena non sarà sostenuta.
La massa critica per un particolare isotopo fissile è determinata da diversi fattori, tra cui:
- Isotopo: Diversi isotopi fissili hanno masse critiche diverse. Ad esempio, la massa critica dell’uranio-235 è di circa 52 chilogrammi, mentre la massa critica del plutonio-239 è di circa 10 chilogrammi.
- Forma fisica: Anche la forma fisica del materiale fissile influisce sulla massa critica. Una sfera o un cilindro compatto di materiale fissile ha una massa critica inferiore alla stessa quantità di materiale sparso in uno strato sottile.
- Ambiente circostante: Anche l’ambiente circostante può influenzare la massa critica. Ad esempio, la presenza di un riflettore di neutroni, come l'acqua o il berillio, può ridurre la massa critica di un complesso fissile.
La massa critica è una considerazione importante nella progettazione dei reattori nucleari e delle armi nucleari. In un reattore nucleare, il materiale fissile viene attentamente controllato per garantire che la reazione a catena venga sostenuta senza andare fuori controllo. In un'arma nucleare, il materiale fissile viene rapidamente riunito per raggiungere una massa critica, che innesca un'esplosione nucleare.
