КРИТИЧЕСКАЯ МАССА (ЯДЕРНОГО ГОРЮЧЕГО). Хорошо известно, что практически поджечь и заставить гореть маленький кусочек угля невоз­можно. В то же время большая куча угля горит преотличным образом. Причина этого, казалось бы, непонятного противоречия заключается в том, что химическая реакция горения топлива, идущая при 500—600° С, может поддерживать сама себя только в том случае, если выделяющееся при этом тепло в состоянии непрерывно нагревать до такой же темпе­ратуры и соседние слои топлива. А это возможно лишь тогда, когда приток тепла к зоне горения пре­вышает его потери через поверхность еще холодного угля. И чем меньше кусочек угля, тем относительно больше его поверхность (по отношению к массе), через которую может улетучиваться это тепло. На­пример, у шара диаметром 20 см отношение поверхно­сти к объему составляет всего 0,3 см'1, в то время как у шарика диаметром 2 см это же соотношение будет равно Ъсм~1, т.е. в десять раз больше! Естественно, что при нагревании малый шарик будет терять в де­сять раз больше тепла, чем крупный. Потери эти мо­гут быть столь велики, что самоподдерживающейся реакции горения не получится. Нужен какой-то определенный минимальный физический объем топ­лива, который назовем   критическим.
Для начала саморазвивающейся цепной реакции деления ядер атомов урана или плутония нужно, чтобы какое-то одно самопроизвольно разделившее­ся ядро атома выбросило, допустим, два нейтрона, а эти нейтроны обязательно попали в соседние ядра атомов делящегося вещества и разделили бы уже по два ядра каждый, а те выбросили четыре нейтрона, которые в свою очередь разделили бы четыре ядра и выбросили восемь новых нейтронов и т. д.
Однако нейтроны могут и не попадать в ядра со­седних атомов. Объем 1 г урана равен 0,053 см3 и содержит 2,56• 1021 атомов. А если сложить ядра этих атомов все вместе, то они займут только 4,1-10""16 см3, или одну десятитриллионную долю объема горошинки урана. Чтобы представить такой объем, можно сравнить шарик объемом 1 мм3 с объемом высотного здания. При таком соотношении нейтроны будут безнадежно проскакивать мимо цели и вылетать из кусочка урана наружу. Никакой цепной реакции деления ядер урана не получится.
Но если взять слиток урана массой в несколько десятков килограммов, т. е. сферу диаметром 25—30 см, то вероятность вылета нейтронов, не задевших по пути ядер атомов урана, будет сведена к минимуму.
Можно поступить и так: окружить слиток урана веществом, хорошо отражающим нейтроны, — отра­жателем из графита, тяжелой воды и других ве­ществ, ядра атомов которых по массе сопоставимы с нейтронами. Этот экран будет возвращать нейтро­ны обратно в слиток урана и тем самым давать им дополнительные шансы наконец-то встретиться с ядром атома урана и разделить его.
Следовательно, для осуществления цепного про­цесса в уране необходимо, чтобы его было не меньше определенного критического количества. Для кон­кретных условий возникновения саморазвивающей­ся цепной реакции деления критическая масса мо­жет иметь разные значения. Или иначе: критическая масса, при которой начинается цепная реакция де­ления, — это то минимальное количество ядерного горючего, при котором каждое данное поколение нейтронов, осуществив деление определенного коли­чества ядер атомов урана или плутония, вызывает в свою очередь появление следующего поколения, насчитывающего такое же или несколько большее количество нейтронов, т. е. когда потери нейтронов в нем вследствие утечки или поглощения примеся­ми оказываются полностью восполненными.