Massa Crítica

A massa crítica é a menor quantidade de matéria necessária para produzir uma reação em cadeia nuclear.

Massa crítica, em física nuclear, a quantidade mínima de um determinado material físsil necessário para obter uma reação em cadeia de fissão auto-sustentável, sob condições estabelecidas.

Seu tamanho depende de vários fatores, incluindo o tipo de material físsil usado, sua concentração e pureza e a composição e geometria do sistema de reação circundante.

Na física. a massa crítica de uma substância é a quantidade de um determinado material fissionável necessário para sustentar uma reação em cadeia a uma taxa constante.

É uma quantidade necessária ou suficiente para ter um efeito significativo ou alcançar um resultado: uma massa crítica de apoio popular.

O que é massa crítica?

A massa crítica de um material é a quantidade necessária para que ele continue uma reação nuclear após o início.

Existem diferentes tipos de materiais nucleares, e um tipo é conhecido como material físsil.

Os materiais físseis são capazes de sustentar uma reação uma vez iniciada. Como a reação pode ser mantida, o material pode ser usado para certos fins.

Esses propósitos incluem fabricar armas nucleares e criar reatores para gerar energia.

Os materiais físseis mais utilizados são: o urânio-233, o urânio-235 e o plutônio-239.

Esses três materiais atendem aos critérios de um material fissionável, permanecem por um tempo razoavelmente longo e podem ser encontrados em quantidades suficientemente grandes para tornar prático o uso deles para combustível.

O processo de uma reação nuclear é um tanto complexo, mas pode ser encarado simplesmente como uma reação que cresce exponencialmente.

Em uma reação, um átomo do material físsil – digamos, urânio-235 – captura um nêutron à medida que passa. Isso faz com que o átomo se divida em dois átomos menores e, nesse processo, libera mais dois ou três nêutrons.

Esses nêutrons voam e são capturados por outros átomos de urânio-235, que por sua vez se dividem e emitem mais dois ou três nêutrons. Tudo isso acontece em uma quantidade muito, muito pequena de tempo e libera enormes quantidades de energia.

Esse conceito é importante porque, para que essa reação continue e libere grandes quantidades de energia, é necessário que haja material físsil suficiente para poder continuar.

Se a massa crítica não for alcançada, os nêutrons presentes diminuirão ao longo do tempo, tornando cada vez menos provável uma reação nuclear.

A rigor, o termo massa crítica é usado para descrever o estado de equilíbrio no qual há material físsil suficiente para manter a quantidade de nêutrons aproximadamente a mesma, mas a reação não gera mais.

Muitas vezes, no entanto, esse termo é usado para descrever o que é mais precisamente chamado de massa supercrítica, quando há material suficiente para que os nêutrons continuem colidindo com átomos físseis e liberando mais nêutrons, gerando energia e calor.

Para usar material físsil em uma arma nuclear, é obviamente importante que o material seja mantido abaixo da massa crítica – caso contrário, a bomba seria detonada imediatamente.

Normalmente, dois pedaços de material são mantidos separados em massa subcrítica e, quando é hora da bomba ser detonada, eles são jogados juntos com muita força e rapidez.

Eles então criam uma massa supercrítica e a bomba explode. Se eles não forem jogados juntos com rapidez suficiente, uma explosão menor acontecerá primeiro e separará as duas peças, de modo que a grande explosão nunca ocorra – isso geralmente é chamado de fracasso.

A massa crítica é diferente dependendo do material que está sendo usado.

No caso do urânio-233, são cerca de 15 kg.

No caso do urânio-235, a massa crítica é de cerca de 52 kg.

E no caso do Plutônio-239, são cerca de 10 kg.

Resumo

Embora dois a três nêutrons sejam produzidos para cada fissão, nem todos esses nêutrons estão disponíveis para continuar a reação de fissão.

Se as condições forem tais que os nêutrons se percam mais rapidamente do que os formados pela fissão, a reação em cadeia não será auto-sustentável.

No ponto em que a reação em cadeia pode se tornar auto-sustentável, isso é chamado de massa crítica.

Em uma bomba atômica, uma massa de material físsil maior que a massa crítica deve ser montada instantaneamente e mantida unida por cerca de um milionésimo de segundo para permitir que a reação em cadeia se propague antes que a bomba exploda.

A quantidade de massa crítica de um material fissionável depende de vários fatores: a forma do material, sua composição e densidade e o nível de pureza.

Uma esfera tem a área de superfície mínima possível para uma dada massa e, portanto, minimiza o vazamento de nêutrons.

Ao envolver o material fissionável com um “refletor” adequado de nêutrons, a perda de nêutrons pode ser reduzida e a massa crítica pode ser reduzida.

Ao usar um refletor de nêutrons, são necessários apenas cerca de 5 kg de plutônio 239 quase puro ou cerca de 15 kg de urânio 235 para obter massa crítica.

Massa crítica

Fonte: Editores Portal São Francisco