Keselamatan kekritisan nuklir
Prinsip

Sebagai analisis sederhana, suatu sistem akan benar-benar kritis jika laju produksi neutron dari fisi benar-benar seimbang dengan laju di mana neutron diserap atau hilang dari sistem karena kebocoran. Sistem subkritis yang aman dapat dirancang dengan memastikan bahwa laju gabungan potensial penyerapan dan kebocoran selalu melebihi laju potensial produksi neutron.
Parameter yang mempengaruhi kekritisan sistem dapat diingat menggunakan MAGICMERV mnemonik. Beberapa parameter ini tidak independen satu sama lain; misalnya, mengubah massa akan menghasilkan perubahan volume antara lain.
Massa : Probabilitas fisi meningkat dengan meningkatnya jumlah total inti fisi. Hubungannya tidak linier. Jika benda fisil memiliki ukuran dan bentuk tertentu tetapi densitas dan massa bervariasi, ada ambang batas yang di bawahnya kekritisan tidak dapat terjadi. Ambang batas ini disebut massa kritis.
Penyerapan : Penyerapan menghilangkan neutron dari sistem. Penyerap dalam jumlah besar digunakan untuk mengontrol atau mengurangi kemungkinan kekritisan. Penyerap yang baik adalah boron, kadmium, gadolinium, perak, dan indium.
Geometri /bentuk : Bentuk sistem fisil mempengaruhi seberapa mudah neutron dapat keluar (bocor) darinya, dalam hal ini mereka tidak tersedia untuk menyebabkan peristiwa fisi pada bahan fisil. Oleh karena itu, bentuk bahan fisil mempengaruhi probabilitas terjadinya peristiwa fisi. Bentuk dengan luas permukaan yang besar, seperti lempengan tipis, mendukung kebocoran dan lebih aman daripada bahan fisil dalam jumlah yang sama dalam bentuk yang kecil dan padat seperti kubus atau bola.
Interaksi unit : Neutron yang bocor dari satu unit dapat masuk ke unit lainnya. Dua unit, yang dengan sendirinya sub-kritis, dapat berinteraksi satu sama lain untuk membentuk sistem kritis. Jarak yang memisahkan unit dan bahan apa pun di antara mereka memengaruhi efeknya.
Konsentrasi /Kepadatan : Reaksi neutron yang mengarah pada hamburan, penangkapan, atau reaksi fisi lebih mungkin terjadi pada bahan padat; sebaliknya neutron lebih mungkin untuk melarikan diri (bocor) dari bahan kepadatan rendah.
Moderasi : Neutron yang dihasilkan dari fisi biasanya cepat (energi tinggi). Neutron cepat ini tidak menyebabkan fisi secepat yang lebih lambat (kurang energik). Neutron diperlambat (dimoderatori) oleh tumbukan dengan inti atom. Inti moderator yang paling efektif adalah hidrogen, deuterium, berilium, dan karbon. Karenanya bahan hidrogen termasuk minyak, polietilen, air, kayu, parafin, dan tubuh manusia adalah moderator yang baik. Perhatikan bahwa moderasi berasal dari tabrakan; oleh karena itu kebanyakan moderator juga merupakan reflektor yang baik.
Pengayaan : Probabilitas neutron bereaksi dengan inti fisil dipengaruhi oleh jumlah relatif inti fisil dan non-fisil dalam suatu sistem. Proses peningkatan jumlah relatif inti fisil dalam suatu sistem disebut pengayaan. Biasanya, pengayaan yang rendah berarti kemungkinan kekritisan yang lebih kecil dan pengayaan yang tinggi berarti kemungkinan yang lebih besar.
Refleksi : Ketika neutron bertabrakan dengan partikel atom lain ( terutama inti) dan tidak diserap, mereka tersebar (yaitu mereka mengubah arah). Jika perubahan arah cukup besar, neutron yang baru saja keluar dari benda fisil dapat dibelokkan kembali ke dalamnya, meningkatkan kemungkinan fisi. Ini disebut 'refleksi'. Reflektor yang baik meliputi hidrogen, berilium , karbon, timbal, uranium, air, polietilen, beton, Tungsten karbida , dan baja.
Volume : Untuk benda bahan fisil dalam bentuk apa pun, peningkatan ukuran benda akan meningkatkan jarak rata-rata yang harus ditempuh neutron sebelum dapat mencapai permukaan dan lepas . Oleh karena itu, meningkatkan ukuran tubuh meningkatkan kemungkinan fisi dan mengurangi kemungkinan kebocoran. Oleh karena itu, untuk bentuk apa pun dan kondisi refleksi akan ada ukuran yang memberikan keseimbangan yang tepat antara laju produksi neutron dan laju gabungan penyerapan dan kebocoran. Ini adalah ukuran kritis.
Parameter lainnya termasuk:
Suhu : Parameter khusus ini kurang umum untuk praktisi keselamatan kekritisan, seperti di lingkungan operasi tipikal, di mana variasi suhu minimal, atau di mana kenaikan suhu tidak mempengaruhi kekritisan sistem, seringkali, diasumsikan bahwa suhu ruangan membatasi suhu sebenarnya dari sistem yang sedang dianalisis. Namun ini hanya asumsi, penting bagi praktisi keselamatan kekritisan untuk memahami di mana hal ini tidak berlaku, seperti reaktor suhu tinggi, atau eksperimen kriogenik suhu rendah.
Heterogenitas : Pencampuran serbuk fisil ke dalam larutan, penggilingan serbuk atau sisa, atau proses lain yang memengaruhi struktur skala kecil bahan fisil adalah penting. Sementara biasanya disebut sebagai kontrol heterogenitas, umumnya yang menjadi perhatian adalah menjaga homogenitas karena kasus homogen biasanya kurang reaktif. Khususnya, pada pengayaan yang lebih rendah suatu sistem mungkin lebih reaktif dalam konfigurasi heterogen dibandingkan dengan konfigurasi homogen.
Bentuk fisikokimia : Terdiri dari pengendalian keadaan fisik (yaitu, padat, cair, atau gas) dan bentuk (misalnya, larutan, bubuk, pelet hijau atau sinter, atau logam) dan/atau komposisi kimia (misalnya, uranium heksafluorida, uranil fluorida, plutonium nitrat, atau campuran oksida) dari bahan fisil tertentu. Bentuk fisikokimia secara tidak langsung dapat mempengaruhi parameter lain seperti densitas, moderasi, dan serapan neutron.