جرم بحرانی
تعريف جرم بحراني براي عناصر راديواكتيو :
كمترين جرمي از ماده
راديواكتيو است كه در آن نوترونها پيش از آن كه از آن جرم خارج شوند
در زمان كوتاه به هسته‌اي ديگر برخورد نمايند و براي هر شكافت ؛ به طور
متوسط يك شكافت ديگر ايجاد گردد .
جرم بحراني به نوع ماده راديواكتيو ؛ درجه خلوص و شكل نمونه‌اي كه از
آن خواهيم ساخت بستگي دارد .
براي اينكه جرم بحراني با كمترين مقدار ممكن تهيه شود بايد كمترين سطح
را با جرم معين ايجاد كنيم . يعني كروي بودن سطح مناسب‌ترين شكل است .
چون حجم عمده اتم فضاي خالي است . هنگام شكافت هر هسته لازم است
نوترونهاي حاصل به طور ميانگين مسافتي در حدود 5 تا 7 سانتيمتر را درون
ميلياردها اتم بپيمايند تا به هسته ديگري برخورد كنند و سبب شكافت شوند
. مثلاً اگر حدود 2 كيلو گرم اورانيوم 235 را به شكل كروي در آوريم
شعاع آن حدود 3 سانتيمتر خواهد بود . و نوترونها اغلب ( بدون آن كه
باعث شكافت بعدي شوند ) از آن خارج مي شوند .
معمولاً در اطراف گوي از پوشش فلزي چگال ( كه باز تابنده نام دارد )
استفاده می‌شود تا نوترونها را به درون گوي باز گرداند همچنين از
انبساط و گسترش هسته شكافت جلوگيري شود . در اين صورت به جرم كمتري
نياز خواهد بود .
جرم بحراني اورانيوم 235 در شرايط مناسب حدود 900 گرم و براي پلوتونيوم
239 ؛ جرم بحراني 283 گرم است .
اگر به طور متوسط بيش از يك نوترون آزاد به هسته هاي ديگر اورانيوم 235
برخورد كند و موجب شكافت آن گردد جرم اورانيوم را فوق بحراني گوييم .
در اين حالت واكنش شكافت از كنترل خارج مي شود و دما به سرعت بالا مي
رود و انفجار رخ خواهد داد .
اگر به طور متوسط كمتر از يك نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برخورد
و موجب شكافت آن گردد جرم اورانيوم زير بحراني است و اين شكافت القايي
در نهايت متوقف مي گردد .
علت عدم انفجار در معادن اورانيوم نيز ؛ فراهم نبودن جرم بحراني و از
طرفي پايين بودن درجه خلوص اورانيوم 235 در معادن مي باشد .
با اين وجود در يك مورد در معادن اوكلو در كشور گابن در غرب آفريقا
فرآورده‌هايي از شكافت اورانيوم 235 يافت شده‌اند كه نشان مي دهند در
حدود دو ميليون سال پيش اورانيوم 235 در آن معدن خود به خود به حد
بحراني رسيده است .
تعريف جرم بحراني براي اجرام نوتروني :
با افزايش جرم اجرام نوتروني ، فشار در داخل آنها به بينهايت ميل ميكند و تحمل اين فشار براي نوترونها و كواركها و .... غير ممكن خواهد بود . نوترونها ، كواركها و ... مجبورند در هم ادغام و تركيب شوند ، يعني در هم فرو روند و ذرات جديدي را بوجود آورند كه اين تبديلات ذرات به يكديگر در عالم فيزيكي همواره انرژي‌زا است و يك نوع واكنش هسته‌اي محسوب ميشود . جرم بحراني براي اجرام نوتروني كمترين جرمي از نوترونها يا نوكلئون‌ها و همچنين كواركها محسوب ميشود كه در آن اينگونه ذرات در زمان بسيار كوتاهي در هم ادغام و يا تركيب شوند . محاسبه اين جرم بحراني كار ساده‌اي نيست ، ولي در رمبش ( فرو ريزش جرم به طرف مركز ) يك ستاره بسيار بسيار بزرگ يا يك كوازار و يا يك كهكشان ، حتي يك خوشه ستاره‌اي و يا خوشه كهكشاني ، بسيار محتمل و قابل دستيابي است . و همچنين در زمان بلعيده شدن تعداد زيادي از ستارگان توسط يك سياه‌چاله و يا يك ستاره نوتروني كه همواره باعث افزايش جرم آنها خواهد شد .
جرم بحراني به نوع جرم نوتروني يعني شكل هندسي و در نتيجه سرعت زاويه‌اي آن بستگي دارد . به اين معني كه هر چه قدر سرعت زاويه‌اي آن كم باشد ، شكل هندسي آن به كره تمايل داشته و فشار در مركز آن افزايش يافته و در نتيجه جرم بحراني آن كم خواهد بود ، ولي اگر سرعت زاويه‌اي آن زياد باشد ، به علت نيروي گريز از مركز ، شكل هندسي آن نزديك به يك تورس بوده و از فشار داخل آن كاسته شده و در نتيجه جرم بحراني آن افزايش خواهد داشت .
منبع : اندیشه های نو در فیزیک
