มวลวิกฤตและการแกนฟิชไซล์

มวลวิกฤตและการแกนฟิชไซล์ ตามที่ระบุไว้ข้างต้น มวลขั้นต่ำของวัสดุฟิสไซล์ที่จำเป็นในการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่ ระเบิดนิวเคลียร์ เรียกว่ามวลวิกฤต ปริมาณนี้ขึ้นอยู่กับชนิด ความหนาแน่น และรูปร่างของวัสดุฟิสไซล์ และระดับที่วัสดุรอบๆ สะท้อนนิวตรอนกลับเข้าไปในแกนฟิชไซล์ มวลที่น้อยกว่าปริมาณวิกฤติเรียกว่าวิกฤตยิ่งยวด ในขณะที่มวลที่มากกว่าปริมาณวิกฤติเรียกว่าวิกฤตยิ่งยวด ทรงกลมมีอัตราส่วนปริมาตรต่อพื้นผิวที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาของแข็งใดๆ ดังนั้น แกนฟิสไซล์ทรงกลมจึงมีนิวตรอนหลุดรอดน้อยที่สุดต่อหนึ่งหน่วยของวัสดุ และรูปร่างที่กะทัดรัดนี้ส่งผลให้มีมวลวิกฤตที่เล็กที่สุด ส่วนที่เหลือทั้งหมดเท่ากัน มวลวิกฤตของทรงกลมเปลือยของยูเรเนียม-235 ที่ความหนาแน่น ปกติ คือประมาณ 47 กก. (104 ปอนด์) สำหรับพลูโตเนียม-239 มวลวิกฤตจะอยู่ที่ประมาณ 10 กก. (22 ปอนด์) มวลวิกฤตสามารถลดลงได้หลายวิธี วิธีที่พบมากที่สุดคือเปลือก รอบๆของวัสดุอื่นที่สะท้อนนิวตรอนบางส่วนที่หลุดรอดกลับเข้าไปในแกนกลางฟิสไซล์ แผ่นสะท้อนแสงที่ใช้งานได้จริงสามารถลดมวลวิกฤติได้สองหรือสามเท่า ดังนั้นยูเรเนียม-235 ประมาณ 15 กก. (33 ปอนด์) และพลูโทเนียม-239 หรือยูเรเนียม-233 ประมาณ 5 ถึง 10 กก. (11 ถึง 22 ปอนด์) ที่ ความหนาแน่นปกติสามารถทำให้วิกฤตได้ มวลวิกฤตสามารถลดลงได้โดยการบีบแกนฟิสไซล์ เนื่องจาก นิวตรอนที่ปล่อยออกมามี ความหนาแน่น สูง กว่ามีแนวโน้มที่จะชนนิวเคลียสที่แตกตัวได้ก่อนที่จะหลุดออกไป