¿Es la masa crítica del material fisible la misma en campos gravitatorios con diferente fuerza?

Question

Tomemos como ejemplo el plutonio-239. $10\, Kg$ (esfera $9.9\, cm$ ) necesitan una reacción nuclear.

¿Estamos hablando de estos números en el entorno de la Tierra con $\approx 9.8\, m/s^2$ ¿valor de la aceleración gravitacional? ¿Y si nuestro entorno es una órbita terrestre alta?

UPD: Creo que la comparación más correcta en esta pregunta - un impacto de la gravedad de un objeto pesado como una estrella de neutrones y un impacto de la gravedad de la Tierra.

Answer 1

En realidad, la masa crítica no se ve afectada por los campos gravitatorios externos. La gravedad no afecta a las reacciones nucleares. Y, en su mayor parte, la gravedad tampoco afecta a las reacciones químicas. Las fuerzas intermoleculares (de naturaleza electromagnética) son mucho más fuertes que las fuerzas gravitatorias.

Más bien, la masa crítica tiene que ver con la sección transversal efectiva de todos los núcleos circundantes a los neutrones de la desintegración radiactiva natural. Ésta es proporcional a la densidad del material. El parámetro se expresa como "masa crítica" porque es la forma más sencilla de tener en cuenta la densidad/sección transversal. Una afirmación más precisa podría ser "sección transversal crítica", pero eso no es algo que se pueda medir fácilmente en el laboratorio. Si se ejerce una gran fuerza de compresión sobre una muestra subcrítica, se puede aumentar su densidad (sección transversal) y convertir en crítico un trozo de uranio o plutonio radiactivo que de otro modo no lo sería.

Las bombas nucleares fabricadas con plutonio, como la primera que explotó en Trinity, NM, en 1945, funcionaban así. La bomba en sí parece grande e impresionante (de ahí el apodo de "hombre gordo"), pero se trata principalmente de un alto explosivo que rodea un "pozo" subcrítico de plutonio. Cuando el explosivo estalla, comprime el plutonio y se desencadena la reacción nuclear.

Espero que esto ayude.

PD: Bueno... Supongo que si dejas caer una muestra subcrítica de plutonio en la superficie de una estrella de neutrones (donde los campos gravitatorios son inmensos) explotaría. Pero eso es de nuevo debido a la compresión. La gravedad no afecta a la física nuclear. :-)

Answer 2

La masa es la misma hasta una muy buena aproximación: la gravedad es absurdamente débil comparada con los factores que influyen en ella.

Una forma de que puede La influencia de las cosas era si la forma de la masa estaba significativamente distorsionada macroscópicamente por la gravedad (es decir, una esfera podría aplanarse y por lo tanto podría necesitar un poco más de masa). Sin embargo, los metales son bastante rígidos: no tengo ni idea de cuál sería la deformación de una esfera de algún material adecuado, si descansara sobre una placa bajo la gravedad de la Tierra, pero es muy pequeña. Además, por supuesto, la masa crítica de un arma se ensambla con objetivos de alto nivel de explosividad y éstos provocan aceleraciones enormemente superiores a la gravedad terrestre.