임계 질량

임계 질량은 핵분열 연쇄 반응을 유지하기에 충분한 양의 핵분열성 물질의 최소 질량을 의미한다. 핵분열성 물질의 종류 (예: 우라늄-235, 플루토늄-239), 밀도, 모양, 농축도, 그리고 중성자 반사체의 존재 여부 등 여러 요인에 따라 달라진다.

핵분열 반응은 원자핵이 중성자를 흡수하여 분열되는 과정이며, 이 과정에서 추가적인 중성자가 방출된다. 이러한 방출된 중성자가 다른 원자핵에 흡수되어 연쇄 반응을 일으키게 된다. 임계 질량 상태에서는 핵분열로 인해 방출되는 중성자의 수가 외부로 손실되는 중성자의 수와 균형을 이루어 연쇄 반응이 지속적으로 유지된다.

임계 질량 미만의 물질은 '미임계' 상태라고 하며, 핵분열 연쇄 반응이 유지되지 않고 곧 멈추게 된다. 임계 질량을 초과하는 물질은 '초임계' 상태라고 하며, 핵분열 연쇄 반응이 기하급수적으로 증가하여 급격한 에너지 방출(핵폭발)을 일으킬 수 있다. 원자력 발전소에서는 핵분열 반응을 제어하기 위해 임계 질량에 가까운 상태를 유지하며, 제어봉 등을 사용하여 중성자 수를 조절한다.

임계 질량의 개념은 핵무기 개발뿐만 아니라 원자력 발전과 방사성 폐기물 관리 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다. 안전한 핵 물질 관리를 위해서는 임계 질량에 대한 정확한 이해와 예측이 필수적이다.