¿Se produciría una reacción nuclear si el material fisionable se encuentra exactamente a la masa crítica, pero menos un solo átomo? Dos atomos?

Un problema con un reactor que es muy ligeramente supercrítico es que las fisiones destruyen los núcleos fisionables y producen productos de fisión que absorben parásitamente los neutrones. El primer reactor, el montón de Fermi, de hecho se cerró debido a la producción de cantidades significativas de Xe135 que tiene una gran sección transversal de absorción parasitaria, algo así como un millón de graneros.

Ignorando esto por el momento, una configuración exactamente crítica mantiene cualquier nivel de flujo de neutrones que exista, más o menos. Más o menos porque esta es una solución matemática que supone que el número de neutrones es una variable continua; ignora la discreción de los neutrones.

Si no hacemos esta suposición, si tratamos neutrones individuales, entonces tenemos un problema estocástico. Si introducimos un neutrón en un reactor crítico, podría ser absorbido parasitariamente: podría no causar una fisión. Entonces el flujo se mantendría en cero. Si tenemos suerte y causa una fisión, entonces podríamos obtener 1 o dos o 3 o 4 neutrones. Luego tenemos que seguir cada uno de estos y ver qué pasa. Sin embargo, en promedio, ya que se producirá un neutrón por cada neutrón que exista actualmente, lo más probable es que la densidad de neutrones se mantenga bastante baja y podría desaparecer por completo.

Curiosamente, en un reactor CANDU, cuando el combustible del reactor es nuevo, en realidad aumenta la reactividad durante un tiempo con la irradiación. El plutonio que se genera a partir de adsorciones parasitarias en U238 tiene una mayor contribución de reactividad que los átomos de U235 que se están destruyendo.

Todo tiene un margen de error. Incluso es probable que incluso 0.01% menos de masa produzca una reacción en cadena (órdenes de magnitudes superiores a billones de átomos).

Los cálculos de masa crítica tienen un margen de error, y las cifras oficiales probablemente se calculan masa crítica + margen de error.

Además la masa crítica es muy dependiente de la geometría y la densidad de masa. Si fuera posible comprimir el material fisionable al doble de la densidad, la masa crítica sería mucho menor. Los neutrones rápidos (los producidos directamente por fisión) normalmente evitan miles de millones de átomos fisionables cercanos hasta que alcanzan un ojo de buey de un átomo. La compresión de la masa fisionable aprieta esos átomos para que la probabilidad de fisión aumente drásticamente.

PD: No soy ingeniero nuclear de físico nuclear.