Эффект Вигнера
Эффект Вигнера (назван в честь своего первооткрывателя Юджина Вигнера ), [1] также известный как эффект разложения или болезнь Вигнера , [2] — смещение атомов твердого тела, вызванное нейтронным излучением .
Любое твердое тело может отображать эффект Вигнера. Этот эффект вызывает наибольшую озабоченность в замедлителях нейтронов , таких как графит , предназначенных для снижения скорости быстрых нейтронов , превращая их тем самым в тепловые нейтроны , способные поддерживать цепную ядерную реакцию с участием урана-235 .
Причина [ править ]
Чтобы вызвать эффект Вигнера, нейтроны , сталкивающиеся с атомами кристаллической структуры, должны обладать достаточной энергией , чтобы вытеснить их из решетки. Эта величина ( пороговая энергия смещения ) составляет примерно 25 эВ . Энергия нейтрона может сильно различаться, но нередко энергия в центре ядерного реактора достигает и превышает 10 МэВ (10 000 000 эВ) . Нейтрон со значительным количеством энергии создаст каскад смещений в матрице посредством упругих столкновений .
Например, нейтрон с энергией 1 МэВ, поражающий графит, создаст 900 смещений. Не все смещения создают дефекты, потому что некоторые из пораженных атомов найдут и заполнят вакансии, которые были либо небольшими ранее существовавшими пустотами, либо вакансиями, вновь образованными другими ударными атомами.
Дефект Френкеля [ править ]
Атомы, не нашедшие вакансии, останавливаются в неидеальных местах; то есть не вдоль симметричных линий решетки. Эти межузельные атомы (или просто «межузельные атомы») и связанные с ними вакансии представляют собой дефект Френкеля . Поскольку эти атомы расположены не в идеальном месте, с ними связана энергия Вигнера , подобно тому, как шар на вершине холма имеет гравитационную потенциальную энергию .
Когда накапливается большое количество интерстициалов, они рискуют внезапно высвободить всю свою энергию, вызывая быстрое и сильное повышение температуры. Внезапное, незапланированное повышение температуры может представлять большой риск для некоторых типов ядерных реакторов с низкими рабочими температурами. Один из таких выбросов стал косвенной причиной пожара в Виндскейле . Накопление энергии в облученном графите достигало 2,7 кДж /г, но обычно оно намного ниже этого значения. [3]
с чернобыльской связано Не катастрофой
Несмотря на некоторые сообщения, [4] Наращивание энергии Вигнера не имело ничего общего с причиной чернобыльской катастрофы : этот реактор, как и все современные энергетические реакторы, работал при достаточно высокой температуре, чтобы позволить смещенной графитовой структуре перестроиться, прежде чем какая-либо потенциальная энергия могла быть сохранена. [5] Энергия Вигнера, возможно, сыграла некоторую роль после быстрого критического всплеска нейтронов, когда авария перешла в фазу событий, связанных с графитовым возгоранием.
энергии Вигнера Диссипация
Накопление энергии Вигнера можно уменьшить путем нагрева материала. Этот процесс известен как отжиг . В графите это происходит при температуре 250 °C (482 °F). [6]
Френкеля Интимные пары
В 2003 году было высказано предположение, что энергия Вигнера может сохраняться за счет образования метастабильных дефектных структур в графите. Примечательно, что большое энерговыделение, наблюдаемое при 200–250 ° C , описано в терминах метастабильной пары межузель-вакансия. [7] Межузельный атом оказывается запертым на краю вакансии, и для него существует барьер для рекомбинации с образованием идеального графита.
Цитаты [ править ]
- ^ Вигнер, EP (1946). «Теоретическая физика в Металлургической лаборатории Чикаго». Журнал прикладной физики . 17 (11): 857–863. Бибкод : 1946JAP....17..857W . дои : 10.1063/1.1707653 .
- ^ Роудс, Ричард (1 августа 1995 г.). Тёмное солнце: создание водородной бомбы . Саймон и Шустер . ISBN 978-0-68-480400-2 . LCCN 95011070 . OCLC 456652278 . ОЛ 7720934М . Викиданные Q105755363 — через Интернет-архив .
- ^ Международное агентство по атомной энергии (сентябрь 2006 г.). «Характеристика, обработка и кондиционирование радиоактивного графита, полученного при выводе из эксплуатации ядерных реакторов» (PDF) .
- ^ Вице-президент Бонд; EP Cronkite, ред. (8–9 августа 1986 г.). Семинар по краткосрочным последствиям аварий на реакторах для здоровья: Чернобыль (PDF) . Семинар по краткосрочным последствиям аварий на реакторах для здоровья: Чернобыль. Брукхейвенская национальная лаборатория, Аптон, штат Нью-Йорк, США: Министерство энергетики США.
- ^ Сара Крамер (26 апреля 2016 г.). «Вот почему в Соединённых Штатах не может произойти ядерная авария по типу Чернобыля» . Бизнес-инсайдер . Проверено 6 января 2019 г.
- ^ Европейское ядерное общество. «Вигнер Энерджи» . Архивировано из оригинала 16 марта 2013 года . Проверено 6 января 2019 г.
- ^ Юэлс, КП; Рассказываю, Р.Х.; Эль-Барбари, А.А.; Хегги, Мичиган; Бриддон, PR (2003). «Метастабильный дефект пары Френкеля в графите: источник энергии Вигнера?» (PDF) . Письма о физических отзывах . 91 (2): 025505. Бибкод : 2003PhRvL..91b5505E . doi : 10.1103/PhysRevLett.91.025505 . ПМИД 12906489 .
Общие ссылки [ править ]
- Глассстон, Сэмюэл и Александр Сесонске [1963] (1994). Ядерное реакторостроение . Бостон: Спрингер. ISBN 0-412-98531-4 . OCLC 852791143 .
