Neutroner krävs för att upprätthålla en kärnkedjereaktion. När en neutron träffar en klyvbar kärna kan den dela upp kärnan i två mindre kärnor och frigöra ytterligare neutroner och energi. Dessa nyligen frigivna neutroner kan sedan fortsätta att dela andra kärnor, vilket skapar en kedjereaktion.
För att en kedjereaktion ska inträffa måste det finnas tillräckligt med klyvbart material för att säkerställa att neutronerna som produceras från varje fissionshändelse i genomsnitt kommer att orsaka minst en ytterligare klyvning. Om det finns för lite material kommer för många neutroner att fly från provet och kedjereaktionen kommer inte att upprätthållas.
Den kritiska massan för en viss klyvbar isotop bestäms av flera faktorer, inklusive:
- Isotop: Olika klyvbara isotoper har olika kritiska massor. Till exempel är den kritiska massan för uran-235 cirka 52 kg, medan den kritiska massan för plutonium-239 är cirka 10 kg.
- Fysisk form: Det klyvbara materialets fysiska form påverkar också den kritiska massan. En kompakt sfär eller cylinder av klyvbart material har en mindre kritisk massa än samma mängd material utspritt i ett tunt lager.
- Omgivande miljö: Den omgivande miljön kan också påverka den kritiska massan. Till exempel kan närvaron av en neutronreflektor, såsom vatten eller beryllium, minska den kritiska massan hos en klyvbar enhet.
Den kritiska massan är en viktig faktor vid utformningen av kärnreaktorer och kärnvapen. I en kärnreaktor kontrolleras det klyvbara materialet noggrant för att säkerställa att kedjereaktionen upprätthålls utan att gå utom kontroll. I ett kärnvapen förs det klyvbara materialet snabbt samman för att uppnå en kritisk massa, vilket utlöser en kärnvapenexplosion.
