Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Эффект Вигнера (назван в честь его открывателя, Евгений Вигнера ), [1] также известно как эффект discomposition или болезнь Вигнера , [2] является смещением атомов в твердом теле , вызванных нейтронным излучением .

Любое твердое тело может отображать эффект Вигнера. Этот эффект вызывает наибольшую озабоченность в замедлителях нейтронов , таких как графит , которые предназначены для уменьшения скорости быстрых нейтронов , тем самым превращая их в тепловые нейтроны, способные поддерживать цепную ядерную реакцию с участием урана-235 .

Объяснение [ править ]

Чтобы создать эффект Вигнера, нейтроны, которые сталкиваются с атомами в кристаллической структуре, должны обладать достаточной энергией, чтобы вытеснить их из решетки. Эта величина ( пороговая энергия смещения ) составляет примерно 25 эВ . Энергия нейтрона может широко варьироваться, но нередко бывает энергия до 10 МэВ (10 000 000 эВ) и выше в центре ядерного реактора . Нейтрон со значительным количеством энергии создаст каскад смещения в матрице посредством упругих столкновений . Например, нейтрон с энергией 1 МэВ, поражающий графитсоздаст 900 перемещений; не все смещения будут создавать дефекты, потому что некоторые из пораженных атомов найдут и заполнят вакансии, которые были либо небольшими ранее существовавшими пустотами, либо вакансиями, вновь образованными другими пораженными атомами.

Атомы, не находящие вакансии, останавливаются в неидеальных местах; то есть не по симметричным линиям решетки. Эти атомы называются межузельными атомами или просто межузельными атомами . Межузельный атом и связанная с ним вакансия известны как дефект Френкеля . Поскольку эти атомы находятся не в идеальном месте, с ними связана энергия, как у шара на вершине холма есть потенциальная энергия гравитации . Эта энергия называется энергией Вигнера . Когда большое количество межстраничных объявленийнакапливаются, они создают риск внезапного высвобождения всей своей энергии, вызывая быстрое и очень сильное повышение температуры. Внезапное незапланированное повышение температуры может представлять большой риск для некоторых типов ядерных реакторов с низкими рабочими температурами; один из них был косвенной причиной пожара Виндскейл . Накопление энергии в облученном графите было зарегистрировано на уровне 2,7 кДж / г, но обычно намного ниже этого значения. [3]

Несмотря на некоторые сообщения [4], накопление энергии Вигнером не имело ничего общего с причиной чернобыльской катастрофы : этот реактор, как и все современные энергетические реакторы, работал при достаточно высокой температуре, чтобы позволить перемещенной графитовой структуре перестроиться до появления потенциальной энергии можно хранить. [5] Энергия Вигнера могла сыграть некоторую роль после мгновенного критического выброса нейтронов, когда авария перешла в фазу графитового возгорания событий.

Рассеяние вигнеровской энергии [ править ]

Накопление энергии Вигнера может быть уменьшено путем нагревания материала. Этот процесс известен как отжиг . В графите это происходит при 250 ° C . [6]

Интимные пары Френкеля [ править ]

В 2003 году было постулировано, что энергия Вигнера может накапливаться за счет образования метастабильных дефектных структур в графите. Примечательно, что большое энерговыделение, наблюдаемое при 200–250 ° C , было описано в терминах метастабильной пары межузельная вакансия. [7] Межузельный атом оказывается захваченным на выступе вакансии, и существует барьер для его рекомбинации с образованием идеального графита.

Сноски [ править ]

  1. ^ Вигнер, EP (1946). «Теоретическая физика в металлургической лаборатории Чикаго». Журнал прикладной физики . 17 (11): 857–863. Bibcode : 1946JAP .... 17..857W . DOI : 10.1063 / 1.1707653 .
  2. Перейти ↑ Rhodes, Richard (1995). Темное Солнце: Создание водородной бомбы . Саймон и Шустер. п. 277 . ISBN 978-0684824147.
  3. ^ Международное агентство по атомной энергии (сентябрь 2006 г.). "Определение характеристик, обработка и кондиционирование радиоактивного графита после вывода из эксплуатации ядерных реакторов" (PDF) .
  4. ^ VP Bond; EP Cronkite, ред. (8–9 августа 1986 г.). "Семинар по краткосрочным последствиям для здоровья реакторных аварий: Чернобыль" (PDF) . Министерство энергетики США.
  5. ↑ Сара Крамер (26 апреля 2016 г.). «Вот почему в США не может произойти ядерная авария по типу Чернобыля» . Business Insider . Дата обращения 6 января 2019 .
  6. ^ Европейское ядерное общество. «Вигнер Энерджи» . Дата обращения 6 января 2019 .
  7. ^ CP Ewels, RH запечатленное, А. Эль-Барбары, MI Хегги и PR Briddon (2003). "Метастабильный дефект пары Френкеля в графите: источник энергии Вигнера?" (PDF) . Письма с физическим обзором . 91 (2): 025505. Bibcode : 2003PhRvL..91b5505E . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.91.025505 . PMID 12906489 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Ссылки [ править ]

  • Glasstone & Sesonke. Ядерная реакторная техника. Спрингер [1963] (1994). ISBN 0-412-98531-4