赤壁小学插班生:什么是临界质量?

临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料，受核子的性质(如裂变横切面)、物理性质、物料型状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响，而会有不同的临界质量。

刚好可能以产生连锁反应的组合，称为已达临界点。比这样更多质量的组合，核反应的速率会以指数增长，称为超临界。如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应，这种临界被称为即发临界，是超临界的一种。即发临界组合会产生核爆炸。如果组合比临界点小，裂变会随时间减少，称之为次临界。

恩里科·费米最先发现超临界组合，不一定同时是超过即发临界。他的发现开展了受控制的连锁反应的研究，后来发展的核子反应堆及核能都是出于这一发现。

球状的临界质量
能够以最少的物料到达临界质量的形状是球形。如果在四周加以中子反射物料，临界质量可以更少。有中子反射的球形铀-235临界点为15公斤左右。钚则为10公斤左右。

以下为各种半衰期超过100年的同位素，在普通球形，没有中子反射之下的临界质量:

铀-233: 15 公斤
铀-235: 50 公斤
镎-237: 60 公斤
钚-239: 10 公斤
钚-240: 40 公斤
钚-242: 100 公斤
镅-241: 60-100 公斤
镅-242: 9-18 公斤
镅-243: 50-150 公斤
锔-245: 12 公斤
锔-246: 70 公斤
锔-247: 7 公斤
鉲-251: 9 公斤
纯度较低的铀，临界质量会有所增加。例如 20%的铀-235，以4 cm 厚的铍反射中子临界质量达 400公斤。若如果纯度只为15%, 临界质量更高达1000 公斤。

武器
核子武器在引爆以前必须维持在次临界。以铀核弹为例，可以把铀分成数大块，每块质量维持在临界以下。引爆时把铀块迅速结合。投掷在广岛的“小男孩”原子弹是把一小块的铀透过枪管射向另一大块铀上，造成足够的质量。这种设计称为“枪式”。 钚核弹不能以这种方法引爆。第一枚钚原子弹“胖子”的钚是造成一个在次临界以下的中空球状。引爆时使用包围在四周的炸药把钚挤压，增加密度及减少空间，造成即发临界。这成设计称为“内爆式”。