Эффект Вигнера - Wigner effect

В Эффект Вигнера (назван в честь его первооткрывателя, Юджин Вигнер ),[1] также известный как эффект дезорганизации или же Болезнь Вигнера,[2] это смещение атомы в твердом теле, вызванном нейтронное излучение.

Любое твердое тело может отображать эффект Вигнера. Эффект вызывает наибольшее беспокойство в замедлители нейтронов, Такие как графит, предназначенный для снижения скорости быстрые нейтроны, тем самым превращая их в тепловые нейтроны способны поддерживать цепную ядерную реакцию с участием уран-235.

Объяснение

Чтобы создать эффект Вигнера, нейтроны сталкиваются с атомами в Кристальная структура должно быть достаточно энергия чтобы вытеснить их из решетки. Это количество (пороговая энергия смещения ) составляет примерно 25 эВ. Энергия нейтрона может широко варьироваться, но нередки случаи, когда энергия достигает 10 МэВ (10 000 000 эВ) и превышает их в центре ядерный реактор. Нейтрон со значительным количеством энергии создаст каскад смещения в матрице через упругие столкновения. Например, нейтрон с энергией 1 МэВ, поражающий графит создаст 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 вакансия приезжайте отдыхать в неидеальные локации; то есть не по симметричным линиям решетки. Эти атомы называются межузельные атомы, или просто межстраничные объявления. 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. гравитационно потенциальная энергия. Эта энергия называется Энергия Вигнера. Когда большое количество межстраничные объявления накапливаются, 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 Уиндскейл огонь. 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 Вигнера не имело ничего общего с причиной Чернобыльская катастрофа: этот реактор, как и все современные энергетические реакторы, работал при достаточно высокой температуре, чтобы позволить перемещенной графитовой структуре перестроиться до того, как можно будет накопить любую потенциальную энергию.[5] Энергия Вигнера могла сыграть некоторую роль после срочный критический нейтронный всплеск, когда авария перешла в фазу событий графитового пожара.

Рассеяние вигнеровской энергии

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

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

Сноски

  1. ^ Вигнер, Э. П. (1946). «Теоретическая физика в металлургической лаборатории Чикаго». Журнал прикладной физики. 17 (11): 857–863. Bibcode:1946JAP .... 17..857Вт. Дои:10.1063/1.1707653.
  2. ^ Родос, Ричард (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. ^ В.П. Связь; E.P. 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 Соединенных Штатах не может произойти ядерная авария по типу Чернобыля». Business Insider. Получено 6 января 2019.
  6. ^ Европейское ядерное общество. "Вигнер Энерджи". Получено 6 января 2019.
  7. ^ К. П. Юэлс, Р. Х. Теллинг, А. А. Эль-Барбари, М. И. Хегги и П. Р. Бриддон (2003). "Метастабильный дефект пары Френкеля в графите: источник энергии Вигнера?" (PDF). Письма с физическими проверками. 91 (2): 025505. Bibcode:2003ПхРвЛ..91б5505E. Дои:10.1103 / PhysRevLett.91.025505. PMID  12906489.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)

Рекомендации

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