تأثير ويجنر
تأثير ويغنر (سمي على اسم مكتشفه، يوجين ويغنر )، [1] والمعروف أيضًا باسم تأثير التحلل أو مرض ويغنر ، [2] هو إزاحة الذرات في مادة صلبة بسبب الإشعاع النيوتروني .
يمكن لأي مادة صلبة أن تظهر تأثير ويغنر. ويشكل هذا التأثير مصدر قلق كبير في المواد المهدئة للنيوترونات ، مثل الجرافيت ، والتي تهدف إلى تقليل سرعة النيوترونات السريعة ، وبالتالي تحويلها إلى نيوترونات حرارية قادرة على دعم تفاعل نووي متسلسل يتضمن اليورانيوم 235 .
سبب
للتسبب في تأثير ويغنر، يجب أن يكون لدى النيوترونات التي تصطدم بالذرات في بنية بلورية طاقة كافية لإزاحتها من الشبكة. هذا المقدار ( طاقة الإزاحة العتبية ) هو تقريبًا 25 إلكترون فولت . يمكن أن تتنوع طاقة النيوترون على نطاق واسع، ولكن ليس من غير المألوف أن يكون هناك طاقات تصل إلى 10 ميجا إلكترون فولت (10،000،000 إلكترون فولت) وتتجاوزها في مركز المفاعل النووي . سيخلق النيوترون بكمية كبيرة من الطاقة سلسلة إزاحة في مصفوفة عبر تصادمات مرنة .
على سبيل المثال، فإن اصطدام نيوترون بقوة 1 ميجا إلكترون فولت بجرافيت سيخلق 900 إزاحة. ولن تخلق كل الإزاحات عيوبًا، لأن بعض الذرات التي تم اصطدامها ستجد وتملأ الفراغات التي كانت إما فراغات صغيرة موجودة مسبقًا أو فراغات جديدة تشكلت بواسطة الذرات الأخرى التي تم اصطدامها.
عيب فرينكل
الذرات التي لا تجد فراغًا تستقر في مواقع غير مثالية؛ أي ليس على طول الخطوط المتماثلة للشبكة. هذه الذرات الخلالية (أو ببساطة "الخلالية") والفراغات المرتبطة بها هي عيب فرينكل . ولأن هذه الذرات ليست في الموقع المثالي، فإنها ترتبط بطاقة ويجنر ، تمامًا كما أن الكرة الموجودة في أعلى التل لها طاقة كامنة جاذبية .
عندما تتراكم أعداد كبيرة من الجزيئات الخلالية، فإنها تخاطر بإطلاق كل طاقتها فجأة، مما يؤدي إلى زيادة سريعة وكبيرة في درجة الحرارة. يمكن أن تشكل الزيادات المفاجئة وغير المخطط لها في درجة الحرارة خطرًا كبيرًا على أنواع معينة من المفاعلات النووية ذات درجات الحرارة التشغيلية المنخفضة. كان أحد هذه الانبعاثات هو السبب غير المباشر لحريق ويندسكيل . تم تسجيل تراكم الطاقة في الجرافيت المشع بما يصل إلى 2.7 كيلوجول / جرام، ولكنه عادة ما يكون أقل من هذا بكثير. [3]
لا علاقة لها بكارثة تشيرنوبيل
على الرغم من بعض التقارير، [4] لم يكن لتراكم طاقة ويجنر أي علاقة بقضية كارثة تشيرنوبيل : هذا المفاعل، مثل جميع مفاعلات الطاقة المعاصرة، كان يعمل بدرجة حرارة عالية بما يكفي للسماح لهيكل الجرافيت النازح بإعادة تنظيم نفسه قبل تخزين أي طاقة محتملة. [5] ربما لعبت طاقة ويجنر دورًا ما بعد ارتفاع النيوترونات الحرجة السريع ، عندما دخل الحادث مرحلة حريق الجرافيت من الأحداث.
تبديد طاقة ويجنر
يمكن تخفيف تراكم طاقة ويجنر عن طريق تسخين المادة. تُعرف هذه العملية بالتلدين . يحدث هذا في الجرافيت عند 250 درجة مئوية (482 درجة فهرنهايت). [6]
أزواج فرينكل الحميمة
في عام 2003، افترض أنه يمكن تخزين طاقة ويجنر عن طريق تكوين هياكل عيب غير مستقرة في الجرافيت. والجدير بالذكر أن إطلاق الطاقة الكبير الملحوظ عند 200-250 درجة مئوية تم وصفه من حيث زوج الفراغ الخلالي غير المستقر. [7] تصبح الذرة الخلالية محاصرة على حافة الفراغ، وهناك حاجز أمامها لإعادة تجميعها لإعطاء الجرافيت المثالي.
الاستشهادات
- ^ Wigner, EP (1946). "Theoretical Physics in the Metallurgical Laboratory of Chicago". مجلة الفيزياء التطبيقية . 17 (11): 857–863. Bibcode :1946JAP....17..857W. doi :10.1063/1.1707653.
- ^ رودس، ريتشارد (1 أغسطس 1995). الشمس المظلمة: صناعة القنبلة الهيدروجينية . سايمون وشوستر . رقم ISBN 978-0-68-480400-2. LCCN 95011070. OCLC 456652278. OL 7720934M. Wikidata Q105755363 – عبر Internet Archive .
- ^ الوكالة الدولية للطاقة الذرية (سبتمبر 2006). "توصيف ومعالجة وتكييف الجرافيت المشع الناتج عن إيقاف تشغيل المفاعلات النووية" (PDF) .
- ^ VP Bond; EP Cronkite, eds. (August 8–9, 1986). ورشة عمل حول التأثيرات الصحية قصيرة المدى لحوادث المفاعلات: تشيرنوبيل (PDF) . ورشة عمل حول التأثيرات الصحية قصيرة المدى لحوادث المفاعلات: تشيرنوبيل. مختبر بروكهافن الوطني، أبتون، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: وزارة الطاقة الأمريكية.
- ^ سارة كرامر (26 أبريل 2016). "هذا هو السبب الذي يجعل انهيارًا نوويًا على غرار تشيرنوبيل لا يمكن أن يحدث في الولايات المتحدة". بيزنس إنسايدر . تم الاسترجاع في 6 يناير 2019 .
- ^ الجمعية النووية الأوروبية. "Wigner Energy". مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2013. استرجاع 6 يناير 2019 .
- ^ Ewels, CP; Telling, RH; El-Barbary, AA; Heggie, MI; Briddon, PR (2003). "عيب زوج فرنكل غير المستقر في الجرافيت: مصدر طاقة ويجنر؟" (PDF) . Physical Review Letters . 91 (2): 025505. Bibcode :2003PhRvL..91b5505E. doi :10.1103/PhysRevLett.91.025505. PMID 12906489.
المراجع العامة
- جلاستون، صامويل، وألكسندر سيسونسكي [1963] (1994). هندسة المفاعلات النووية . بوسطن: سبرينغر. ISBN 0-412-98531-4 . OCLC 852791143.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
