超臨界質(zhì)量武器

核子武器在引爆以前必須維持在次臨界。以鈾核彈為例，可以把鈾分成數(shù)大塊，每塊質(zhì)量維持在臨界以下。引爆時(shí)把鈾塊迅速結(jié)合。投擲在廣島的“小男孩”原子彈是把一小塊的鈾透過槍管射向另一大塊鈾上，造成足夠的質(zhì)量。這種設(shè)計(jì)稱為“槍式”。钚核彈不能以這種方法引爆。第一枚钚原子彈“胖子”的钚是造成一個(gè)在次臨界以下的中空球狀。引爆時(shí)使用包圍在四周的炸藥把钚擠壓，增加密度及減少空間，造成即發(fā)臨界。這種設(shè)計(jì)稱為“內(nèi)爆式”。

能夠以最少的物料到達(dá)臨界質(zhì)量的形狀是球形。如果在四周加以中子反射物料，臨界質(zhì)量可以更少。有中子反射的球形鈾-235臨界點(diǎn)為15公斤左右。钚則為10公斤左右。

以下為普通球形，沒有中子反射之下的臨界質(zhì)量：

純度較低的鈾，臨界質(zhì)量會有所增加。例如20%的鈾-235，以4 cm厚的鈹反射中子臨界質(zhì)量達(dá)400公斤。若如果純度只為15%，臨界質(zhì)量更高達(dá)600公斤。

臨界質(zhì)量（Critical mass）是指維持核子連鎖反應(yīng)所需的裂變材料質(zhì)量。不同的可裂變材料，受核子的性質(zhì)（如裂變橫切面）、物理性質(zhì)、物料型狀、純度、是否被中子反射物料包圍、是否有中子吸收物料等等因素影響，而會有不同的臨界質(zhì)量。

剛好可以產(chǎn)生連鎖反應(yīng)的組合，稱為已達(dá)臨界點(diǎn)。比這樣更多質(zhì)量的組合，核反應(yīng)的速率會以指數(shù)增長，稱為超臨界。如果組合能夠在沒有延遲放出中子之下進(jìn)行連鎖反應(yīng)，這種臨界被稱為即發(fā)臨界，是超臨界的一種。即發(fā)臨界組合會產(chǎn)生核爆炸。如果組合比臨界點(diǎn)小，裂變會隨時(shí)間減少，稱之為次臨界。

恩里科·費(fèi)米最先發(fā)現(xiàn)超臨界組合，不一定同時(shí)是超過即發(fā)臨界。他的發(fā)現(xiàn)開展了受控制的連鎖反應(yīng)的研究，后來發(fā)展的核子反應(yīng)堆及核能都是出于這一發(fā)現(xiàn)。

臨界事故（英語：criticality accident）是核反應(yīng)堆發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)導(dǎo)致功率失常激增引起的事故。事故中濃縮鈾或钚等裂變材料中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能產(chǎn)生強(qiáng)烈的中子輻射，對人類傷害極大，并且會在周圍環(huán)境中引發(fā)感生放射性。臨界或超臨界核裂變一般發(fā)生在反應(yīng)堆堆芯內(nèi)部或?qū)嶒?yàn)中。

雖然臨界事故危害較大，但是它一般達(dá)不到原子彈的設(shè)計(jì)條件，因此一般不會引發(fā)核爆炸。核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可能會讓核材料膨脹，因此幾秒之后材料又將處于亞臨界狀態(tài)，反應(yīng)停止。在原子能的發(fā)展歷程中，在反應(yīng)堆外收集核裂變材料的時(shí)候曾經(jīng)發(fā)生過60次臨界事故，其中一些事故導(dǎo)致離事發(fā)地點(diǎn)較近的人員因接受了過量的輻射而死亡。不過，沒有一起事故引起過爆炸。

超臨界質(zhì)量事故原因

把鈾或钚的單質(zhì)、化合物或溶液混合起來，就有可能引發(fā)臨界事故。決定混合物是否達(dá)到臨界點(diǎn)（即是否發(fā)生臨界反應(yīng)）的因素包括：同位素的比例；材料的形狀；溶液的化學(xué)組成；化合物或合金的類別；復(fù)合材料和周圍材料。 預(yù)測材料達(dá)到臨界狀態(tài)的可能性的計(jì)算較復(fù)雜，因此民用和軍用核設(shè)施都需要專人監(jiān)控，以避免發(fā)生臨界反應(yīng)。

超臨界質(zhì)量事故類型

臨界事故大致可分為兩類。

1. 操作事故，操作中所有的預(yù)防措施都失效的時(shí)候就會發(fā)生。

2. 反應(yīng)堆事故，反應(yīng)堆失去控制，達(dá)到臨界條件。根據(jù)反應(yīng)的發(fā)展過程，可以把事故分為四個(gè)類型：

1. 瞬間發(fā)生，迅速達(dá)到臨界條件的事故；

2. 只在短時(shí)間達(dá)到臨界條件的事故；

3. 潛在事故；

4. 穩(wěn)定發(fā)展的事故。

• 核武器

• 濃縮鈾

• 原子彈

超臨界、超超臨界火電機(jī)組具有顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果，超超臨界機(jī)組與超臨界機(jī)組相比，熱效率要提高1.2%。未來火電建設(shè)將主要是發(fā)展高效率高參數(shù)的超臨界（SC）和超超臨界（USC）火電機(jī)組，它們在發(fā)達(dá)國家已得到廣泛的研究和應(yīng)用。

超臨界火電技術(shù)由于參數(shù)本身的特點(diǎn)決定了超臨界鍋爐只能采用直流鍋爐，在超臨界鍋爐內(nèi)隨著壓力的提高，水的飽和溫度也隨之提高，汽化潛熱減少，水和汽的密度差也隨之減少。當(dāng)壓力提高到臨界壓力（22.064Mpa）時(shí)，汽化潛熱為0，汽和水的密度差也等于零，水在該壓力下加熱到臨界溫度（373.99℃）時(shí)即全部汽化成蒸汽。超臨界壓力臨界壓力時(shí)情況相同，當(dāng)水被加熱到相應(yīng)壓力下的相變點(diǎn)（臨界溫度）時(shí)即全部汽化。因此超臨界壓力下水變成蒸汽不再存在汽水兩相區(qū)，由此可知，超臨界壓力直流鍋爐由水變成過熱蒸汽經(jīng)歷了兩個(gè)階段即加熱和過熱，而工質(zhì)狀態(tài)由水逐漸變成過熱蒸汽。因此超臨界直流鍋爐沒有汽包，啟停速度快，與一般亞臨界汽包爐相比，超臨界直流鍋爐啟動到滿負(fù)荷運(yùn)行，變負(fù)荷速度可提高1倍左右，變壓運(yùn)行的超臨界直流鍋爐在亞臨界壓力范圍內(nèi)超臨界壓力范圍內(nèi)工作時(shí)，都存在工質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象，并且在亞臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；在超臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰。超臨界直流鍋爐要求的汽水品質(zhì)高，要求凝結(jié)水進(jìn)行100%除鹽處理。由于超臨界直流鍋爐水冷壁的流動阻力全部依靠給水泵克服，所需的壓頭高，既提高了制造成本又增加了運(yùn)行耗電量且直流鍋爐普遍存在著流動不穩(wěn)定性、熱偏差和脈動水動力問題。另外，為了達(dá)到較高的質(zhì)量流速，必須采用小管徑水冷壁，較相同容量的自然循環(huán)鍋爐超臨界直流鍋爐本體金屬耗量最少，鍋爐重量輕，但由于蒸汽參數(shù)高，要求的金屬等級高，其成本高于自然循環(huán)鍋爐。