De minimale massa van een splijtbare isotoop waarin een nucleaire kettingreactie kan optreden, staat bekend als de kritische massa. De kritische massa hangt af van verschillende factoren, waaronder de specifieke isotoop, de fysieke vorm van het materiaal en de omringende omgeving.

Neutronen zijn nodig om een ​​nucleaire kettingreactie in stand te houden. Wanneer een neutron een splijtbare kern raakt, kan het de kern in twee kleinere kernen splitsen, waardoor extra neutronen en energie vrijkomen. Deze nieuw vrijgekomen neutronen kunnen vervolgens andere kernen splitsen, waardoor een kettingreactie ontstaat.

Om een ​​kettingreactie te laten plaatsvinden, moet er voldoende splijtbaar materiaal aanwezig zijn om ervoor te zorgen dat de neutronen die bij elke splijtingsgebeurtenis worden geproduceerd, gemiddeld ten minste één extra splijting veroorzaken. Als er te weinig materiaal is, zullen er te veel neutronen uit het monster ontsnappen en zal de kettingreactie niet in stand blijven.

De kritische massa voor een bepaalde splijtbare isotoop wordt bepaald door verschillende factoren, waaronder:

- Isotoop: Verschillende splijtbare isotopen hebben verschillende kritische massa's. De kritische massa van uranium-235 bedraagt ​​bijvoorbeeld ongeveer 52 kilogram, terwijl de kritische massa van plutonium-239 ongeveer 10 kilogram bedraagt.

- Fysieke vorm: Ook de fysieke vorm van het splijtbare materiaal heeft invloed op de kritische massa. Een compacte bol of cilinder van splijtbaar materiaal heeft een kleinere kritische massa dan dezelfde hoeveelheid materiaal uitgespreid in een dunne laag.

- Omliggende omgeving: Ook de omgeving kan de kritische massa beïnvloeden. De aanwezigheid van een neutronenreflector, zoals water of beryllium, kan bijvoorbeeld de kritische massa van een splijtbaar geheel verminderen.

De kritische massa is een belangrijke overweging bij het ontwerp van kernreactoren en kernwapens. In een kernreactor wordt het splijtbare materiaal zorgvuldig gecontroleerd om ervoor te zorgen dat de kettingreactie in stand blijft zonder uit de hand te lopen. In een kernwapen wordt het splijtbare materiaal snel samengebracht om een ​​kritische massa te bereiken, die een nucleaire explosie veroorzaakt.