Кіріспе
Нейтрон сәулеленуінің нәтижесінде қатты денедегі атомдардың орын ауысуы Вигнер эффектісі (оның ашқан Юджин Вигнердің есімімен аталған), сондай-ақ ыдырау эффектісі немесе Вигнер ауруы деп те аталады. Бұл нейтрон сәулеленуінің салдарынан қатты денедегі атомдардың орын ауысуы болып табылады. Кез келген қатты дене Вигнер эффектісін көрсете алады. Бұл эффект ең көп нейтрондық баяулағыштарда, мысалы, графитте маңызды, олардың жылдам нейтрондардың жылдамдығын төмендетуге, осылайша оларды уран-235 қатысатын ядролық тізбекті реакцияны қолдауға қабілетті жылулық нейтрондарға айналдыруға мүмкіндік береді.
The Wigner effect (named for its discoverer, Eugene Wigner), also known as the discomposition effect or Wigner's disease, is the displacement of atoms in a solid caused by neutron radiation. Any solid can display the Wigner effect. The effect is of most concern in neutron moderators, such as graphite, intended to reduce the speed of fast neutrons, thereby turning them into thermal neutrons capable of sustaining a nuclear chain reaction involving uranium 235.
Себеп
Вигнер эффектісін тудыру үшін кристалл құрылымындағы атомдармен соқтығысатын нейтрондар оларды тордан жылжытуға жеткілікті энергияға ие болуы керек. Бұл шама (көздерік жылжу энергиясы) шамамен 25 эВ құрайды. Нейтронның энергиясы кең ауқымда өзгеруі мүмкін, бірақ ядролық реактордың ортасында 10 МэВ (10 000 000 эВ) және одан да жоғары энергиялар жиі кездеседі. Көп энергияға ие нейтрон серпімді соқтығысулар арқылы матрицада жылжу каскадын тудырады. Мысалы, 1 МэВ энергиясы бар нейтрон графитке түскенде 900 жылжу тудырады. Барлық жылжулар да кемшіліктерге әкелмейді, себебі соққыға ұшыраған атомдардың кейбіреуі бұрыннан бар кішкентай бос орындарды немесе басқа соққыға ұшыраған атомдардың жаңадан құрған бос орындарын тауып, толтырады.
Френкель ақаулығы
Бос орын таппаған атомдар идеалды емес жерлерде тоқталады; яғни, кристалдық тордың симметриялық өсінде емес. Бұл интерстициалдық атомдар (немесе жай ғана "интерстициалдар") және олармен байланысты бос орындар Фрэнкель ақаулығын құрайды. Бұл атомдар идеалды орнында болмағандықтан, олармен Вигнер энергиясы байланысты, дәл сияқты, төбеде тұрған доптың гравитациялық потенциалдық энергиясымен. Көптеген интерстициалдар жиналғанда, олар барлық энергиясын кенеттен босатып, температураның күрт және үлкен өсуіне әкелуі мүмкін. Температураның кенеттен, жоспарланбаған өсуі, төмен температурада жұмыс істейтін кейбір ядролық реакторлар үшін үлкен қауіп тудыруы мүмкін. Мұндай энергияның бір босатылуы "Виндскейл" өртіне тікелей себеп болды. Сәулеленген графитте энергияның жинақталуы 2,7 кДж/г дейін тіркелген, бірақ көбінесе одан әлдеқайда төмен болады.
Чернобыль апатына қатысы жоқ
Кейбір хабарламаларға қарамастан, Вигнер энергиясының жинақталуы Чернобыль апатының себебіне қатысы жоқ: бұл реактор, қазіргі заманғы барлық электр станцияларының реакторлары сияқты, ығыстырылған графит құрылымын кез келген потенциалды энергия жиналмас бұрын өздігінен қалпына келтіруге жеткілікті жоғары температурада жұмыс істеді. Вигнер энергиясы, мүмкін, оқиға графит өрті сатысына өткеннен кейін, жылдам критикалық нейтрондық секірістен кейін қандай да бір рөл атқарған болуы мүмкін.
Вигнер энергиясының бөлінуі
Вигнер энергиясының жинақталуын материалды қыздыру арқылы азайтуға болады. Бұл процесс оттырғылау деп аталады. Графитте бұл температурада жүзеге асады.
Интимді Френкель жұптары
2003 жылы Вигнер энергиясы графиттегі тұрақсыз ақаулық құрылымдарының қалыптасуы арқылы сақталуы мүмкін деген гипотеза айтылды. Атап айтқанда, 200–250 °C температурада байқалған жоғары энергия шығарылымы тұрақсыз интерстициалды бос орын жұбы түрінде сипатталды. Интерстициалдық атом бос орынның жиегінде тұңғырланып қалады, ал оның қайта бірігіп, мінсіз графитке айналуына кедергі бар.
Жалпы сілтемелер
Гласстоун, Самуил және Александр Сесонске [1963] (1994). Ядролық реакторлар инженерлегі. Бостон: Спрингер. .