核反应堆原理图：一图看懂临界质量与链式反应

一、什么是临界质量？

要理解临界质量，首先了解链式反应：

可裂变物质如铀-235的原子核在吸收一个中子后会发生裂变，分裂成两个较轻的原子核，同时释放出2~3个新中子和巨大能量。

这些新中子如果再去撞击其他铀-235原子核，就会引发新的裂变，反应像链条一样一环扣一环，这就是链式反应。

但中子并非全部都能有效利用：一部分会直接从材料表面泄漏到外界，另一部分会被材料中的杂质或非裂变同位素（如铀-238）吸收掉而不发生裂变。

临界质量，就是为了让系统在不依赖外界中子源的情况下，恰好使k=1所需要的最小裂变材料质量。

以铀-235为例，如果一块铀-235质量很小，它的原子核裂变放出的中子就会从表面飞走很多（k小于1)，导致链式反应无法维持，这种状态叫做次临界。

当质量增加到一定的阈值，使原子核放出的中子与逃走的中子刚好相等（k等于1)，链式反应就能自持进行，这种状态叫临界状态。

如果把质量再增加一点点，就变成超临界，原子核裂变放出的中子呈指数级增长（k大于1），就会释放出巨大的能量。核武器利用的就是这个超临界过程。

二、影响临界质量的关键因素

临界质量不像物体的密度一样是一个固定的常数，它受以下几个关键因素影响：

1. 核素种类

不同裂变材料的核特性差异很大。比较重要的有：

铀-235：自然界存在，需要浓缩提纯。

钚-239：在反应堆中由铀-238俘获中子生成，人工提取。

钚-239的每次裂变平均放出中子数略多，且裂变截面更大，因此它的临界质量比铀-235小。

2. 几何形状

这是最直观的因素。中子的泄漏量由表面积与体积之比（S/V）决定。同等质量下，表面积越小，中子泄漏越少，越容易临界。

球形的S/V最小，是最理想的形状。通常所说的临界质量默认指裸球状态。

如果做成薄片或细长棒状，中子极易从表面逃逸，即使总质量远大于球形临界质量，也可能仍处于次临界。

3. 材料密度

临界质量会随着材料密度的增大而急剧变小，而且是按“平方”的速率变小。

这是因为压缩材料、增加密度，原子核彼此靠得更近，中子飞越时撞击到原子核的概率急剧增加，同时泄漏距离变短。因此，用化学炸药极度压缩裂变材料（内爆法），可以使其在远小于正常密度下的临界质量时达到超临界。

4. 中子反射层

在裂变材料外包覆一层能有效散射中子的物质（如铍、天然铀、石墨等），可以把原本要泄漏出系统的部分中子反射回来，大幅降低临界质量。有效反射层甚至可以使得临界质量降至裸球状态的几分之一。

5. 中子慢化

裂变产生的快中子引发铀-235裂变的概率较低。如果让这些快中子与轻原子核（如水、重水、石墨）碰撞减速为热中子，裂变概率会提升数百倍。因此，在热中子反应堆中，由于慢化剂的存在，所需裂变材料的临界质量可以远低于裸球快中子系统。核反应堆能在低富集度下运行就是这个原理。

6. 杂质与同位素组成

吸收中子的杂质（如硼、镉）会毒化链式反应。在天然铀中，铀-235仅占0.7%，其余主要是会吸收中子的铀-238。因此，无论用多大质量的天然铀裸球，都无法达到临界，必须将铀-235浓缩到一定比例以上。

三、如何实现超临界？

当可裂变物质达到超临界就会释放出巨大的能量，在现实中通常被用于核武器或者核电站等，那实现超临界的工程方法有哪些呢？

1.枪法：将两块或多块次临界的裂变材料（每块质量都小于裸球临界质量，但总和又远超临界质量），用化学炸药像枪膛发射子弹一样，极快地推到一起，拼合成一个超临界整块。

2.内爆法：将裂变材料制成一个密度较低的、处于次临界的空心球，外围精确布置化学炸药透镜。炸药同时起爆后，产生向心聚爆的冲击波，将球体均匀压缩，使其密度暴增并变为实心，瞬间达到超临界。

在核反应堆中，则是通过控制棒（强中子吸收体）的插入深度来精细调节k值，使反应堆稳定在临界状态运行，并通过冷却剂把热量持续带出用于发电。

临界质量这个概念还衍生出“临界安全”这一重要的核工程领域。在任何生产、储存、运输裂变材料的环节，必须严格控制容器的几何尺寸、物料浓度和彼此间距，确保系统始终处于深度次临界，严防意外临界事故的发生。

四、临界质量与lollapalooza效应

查理·芒格自己发明了一个词组叫做lollapalooza效应，是用来描述几种思维模型或者几种因素叠加在一起后所产生的远大于总和的强大力量。

他认为：当几个模型联合起来，你就能得到lollapalooza效应；这是两种、三种或四种力量共同作用于同一个方向，而且你得到的通常不仅仅是几种力量之和。那就像物理学里面的临界质量，当你达到一定程度的质量，你就能引发核爆炸——而如果你没有达到那种质量，你将什么也得不到。有时候各种力量只是简单地相加，有时候它们会在临界点或者临界质量的基础上联合起来。

这个lollapalooza效应放在多元思维模型上，就是强调掌握多种思维模型可以极大提高你的认知。

如果投射到投资领域，就是企业的某些因素突破临界点会成为竞争优势，竞争优势如果聚合在一起则构筑起庞大的护城河。

1.单个临界点

2.lollapalooza效应

网络效应+品牌认知+规模效应→企业庞大的护城河

基于对临界质量和lollapalooza效应的学习，我觉得在我们个人的投资生涯中，一要学习积累更多学科的思维模型，达成认知的临界质量；二要在选择投资公司时，耐心寻找那些已经超过临界点甚至达成lollapalooza效应的企业。