Les neutrons sont nécessaires pour entretenir une réaction nucléaire en chaîne. Lorsqu’un neutron frappe un noyau fissile, il peut diviser le noyau en deux noyaux plus petits, libérant ainsi des neutrons et de l’énergie supplémentaires. Ces neutrons nouvellement libérés peuvent ensuite diviser d’autres noyaux, créant ainsi une réaction en chaîne.
Pour qu’une réaction en chaîne se produise, il doit y avoir suffisamment de matière fissile pour garantir que les neutrons produits à partir de chaque événement de fission provoqueront, en moyenne, au moins une fission supplémentaire. S’il y a trop peu de matière, trop de neutrons s’échapperont de l’échantillon et la réaction en chaîne ne sera pas soutenue.
La masse critique d'un isotope fissile particulier est déterminée par plusieurs facteurs, notamment :
- Isotope : Différents isotopes fissiles ont des masses critiques différentes. Par exemple, la masse critique de l’uranium 235 est d’environ 52 kilogrammes, tandis que celle du plutonium 239 est d’environ 10 kilogrammes.
- Forme physique : La forme physique de la matière fissile affecte également la masse critique. Une sphère ou un cylindre compact de matière fissile a une masse critique inférieure à celle de la même quantité de matière étalée en couche mince.
- Environnement environnant : Le milieu environnant peut également affecter la masse critique. Par exemple, la présence d'un réflecteur de neutrons, comme l'eau ou le béryllium, peut réduire la masse critique d'un assemblage fissile.
La masse critique est une considération importante dans la conception des réacteurs nucléaires et des armes nucléaires. Dans un réacteur nucléaire, la matière fissile est soigneusement contrôlée pour garantir que la réaction en chaîne se poursuit sans devenir incontrôlable. Dans une arme nucléaire, les matières fissiles sont rapidement rassemblées pour atteindre une masse critique, qui déclenche une explosion nucléaire.
