Kritische Masse in der Physik - eine Erklärung

Die Kernspaltung - Physikwissen kurz dargestellt

• Die beiden Chemiker Otto Hahn und Friedrich Straßmann entdeckten zusammen mit der Physikerin Liese Meitner im Jahr 1939, dass ein Kern eines bestimmten Uran-Isotops (nämlich Uran-235) sich durch den Beschuss mit langsamen Neutronen in zwei mittelschwere Trümmerkerne spalten lässt. Dabei sind die Spaltprodukte (aufgrund ihres Neutronenüberschusses) meist radioaktiv.
• Genauere Untersuchungen einige Zeit später zeigten, dass bei dieser Spaltung nicht nur Energie, die im Kern gespeichert war, frei wird, sondern auch 2-3 Neutronen. 
• Die bei der Kernspaltung frei gesetzten Neutronen können weitere Urankerne spalten, wobei weitere Neutronen frei werden.
• Sind genügend Urankerne vorhanden, wächst der Prozess lawinenartig an - eine Kettenreaktion entsteht, bei der ungeheure Mengen an Energie frei werden (Stichwort: Atombombe).

Kritische Masse - was ist das?

• Voraussetzung für physikalische Kettenreaktion bei der Spaltung ist natürlich, dass die frei werdenden Neutronen wiederum Urankerne spalten.
• Dazu müssen allerdings einige Bedingungen erfüllt sein: Die Neutronen dürfen weder durch andere Reaktionen (z. B. Einfangen durch andere Atomkerne oder Wandeinfang) verloren gehen noch ins Freie, sprich aus dem uranhaltigen Material heraus, entweichen können.
• Die einfachste Möglichkeit ist es daher, so viel spaltbares Material (Uran-235) zu nehmen, dass die entstandenen Neutronen immer wieder nur auf spaltbares Material treffen, also auf ihrem Weg durch das Material auf einen neuen Reaktionspartner treffen, bevor sie es verlassen oder anderweitig reagieren.
• Selbstredend kann man dies erreichen, indem man eine Mindestmasse an Spaltmaterial hat.
• Ist diese Masse kugelförmig, spricht man von der kritischen Masse als Menge an Spaltstoff, die zum Ablauf der Kettenreaktion mindestens nötig ist.
• Die kritische Masse für reines (!) Uran-235 beträgt etwa 50 kg, angereicherte Spaltstoffe entsprechend mehr.
• Spezielle Hüllen aus Neutronen reflektierendem Material verringern diese kritische Masse natürlich, sodass bereits etwa 15 kg U-235 und etwa 4,4 kg des ebenfalls spaltbaren Plutoniums als kritische Masse (militärtechnisch, also für eine nukleare Explosion) ausreichen.