Существует ли опасность того, что, например, кусок плутония массой больше критической может внезапно самостоятельно произвести цепную реакцию?

Вероятность этого события стремится к 0. (естественным способом собрать достаточное количество плутония не реально, а вот цепная реакция обязательна)

Тут интересно вспомнить "кота шрёдингера", применимо к нашей ситуации: если вы способны оценить массу вещества перед вами, значит она недостаточна, в противном случае вы будете "мертвы". :-)