تأثير ويغنر

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

تأثير ويغنر ( سمي على اسم مكتشفه، يوجين ويغنر )، [ 1 ] المعروف أيضًا باسم تأثير التفكك أو مرض ويغنر ، [ 2 ] هو إزاحة الذرات في مادة صلبة ناتجة عن إشعاع النيوترونات .

يمكن لأي مادة صلبة أن تُظهر تأثير ويغنر. ويُعدّ هذا التأثير ذا أهمية بالغة في مُعدِّلات النيوترونات ، مثل الجرافيت ، المصممة لتقليل سرعة النيوترونات السريعة ، وبالتالي تحويلها إلى نيوترونات حرارية قادرة على دعم تفاعل نووي متسلسل يشمل اليورانيوم-235 .

سبب

لإحداث تأثير ويغنر، يجب أن تمتلك النيوترونات التي تصطدم بالذرات في البنية البلورية طاقة كافية لإزاحتها من الشبكة البلورية. تبلغ هذه الطاقة ( طاقة الإزاحة العتبية ) حوالي 25 إلكترون فولت . تتفاوت طاقة النيوترون بشكل كبير، من طاقة النيوترون الحراري (0.025 إلكترون فولت) إلى طاقة النيوترون السريع (أكثر من 1 ميغا إلكترون فولت) في مركز المفاعل النووي . يُحدث النيوترون ذو الطاقة العالية سلسلة من الإزاحات في المادة عبر التصادمات المرنة .

على سبيل المثال، سيؤدي اصطدام نيوترون بطاقة 1 ميغا إلكترون فولت بالجرافيت إلى إحداث 900 إزاحة. لن تُحدث جميع الإزاحات عيوبًا، لأن بعض الذرات المصطدمة ستجد وتملأ الفراغات التي كانت إما فراغات صغيرة موجودة مسبقًا أو فراغات تشكلت حديثًا بفعل الذرات المصطدمة الأخرى.

عيب فرينكل

تستقر الذرات التي لا تجد فراغًا في مواقع غير مثالية، أي ليست على طول خطوط التناظر في الشبكة البلورية. تُعرف هذه الذرات البينية (أو ببساطة "الذرات البينية") وفراغاتها المرتبطة بها بعيب فرنكل . ولأن هذه الذرات ليست في الموقع المثالي، فإنها تمتلك طاقة ويغنر ، تمامًا كما تمتلك كرة على قمة تل طاقة وضع جاذبية .

عندما يتراكم عدد كبير من الذرات البينية، فإنها تُخاطر بإطلاق طاقتها فجأة، مما يُؤدي إلى ارتفاع سريع وكبير في درجة الحرارة. يُمكن أن تُشكّل الزيادات المفاجئة وغير المُخطط لها في درجة الحرارة خطرًا كبيرًا على أنواع مُعينة من المفاعلات النووية ذات درجات حرارة التشغيل المنخفضة. وكان أحد هذه الانبعاثات سببًا غير مباشر لحريق ويندسكيل . وقد سُجّل تراكم الطاقة في الجرافيت المُشعّع بما يصل إلى 2.7 كيلوجول /غرام، وهو ما يكفي لرفع درجة الحرارة بآلاف الدرجات، ولكنه عادةً ما يكون أقل من ذلك بكثير. [ 3 ]

ويندسكيل وتشرنوبيل

على الرغم من بعض التقارير، [ 4 ] لم يكن لتراكم الطاقة في مفاعل ويغنر أي علاقة بكارثة تشيرنوبيل : فقد كان هذا المفاعل، كغيره من مفاعلات الطاقة الحديثة، يعمل عند درجة حرارة عالية كافية تسمح لهيكل الجرافيت المُزاح بإعادة تنظيم نفسه قبل تخزين أي طاقة كامنة. [ 5 ] ربما لعبت طاقة ويغنر دورًا ما بعد الارتفاع المفاجئ والحرج في عدد النيوترونات، عندما دخل الحادث مرحلة احتراق الجرافيت.

ومع ذلك، كانت شركة ويغنر للطاقة هي السبب في حريق ويندسكيل في 10 أكتوبر 1957 في موقع سيلافيلد النووي في المملكة المتحدة.

تبديد طاقة ويغنر

يمكن تخفيف تراكم طاقة ويغنر عن طريق تسخين المادة. تُعرف هذه العملية بالتلدين . في الجرافيت، يحدث هذا عند 250 درجة مئوية (482 درجة فهرنهايت) . [ 6 ]  

أزواج فرينكل الحميمة

في عام 2003، طُرحت فرضية مفادها أن طاقة ويغنر يُمكن تخزينها بتكوين بنى عيوب شبه مستقرة في الجرافيت. والجدير بالذكر أن إطلاق الطاقة الكبير المُلاحظ عند 200-250  درجة مئوية وُصف بأنه ناتج عن زوج من الذرات البينية والفراغات شبه المستقرة. [ 7 ] تُحاصر الذرة البينية على حافة الفراغ، ويوجد حاجز يمنعها من إعادة الاتحاد لتكوين الجرافيت المثالي.

الاقتباسات

  1. ↑ ويغنر، إي بي (1946). "الفيزياء النظرية في مختبر المعادن بشيكاغو". مجلة الفيزياء التطبيقية . 17 (11): 857-863 . Bibcode : 1946JAP....17..857W . doi : 10.1063/1.1707653 .
  2. ↑ رودس، ريتشارد (1 أغسطس 1995)، الشمس المظلمة: صناعة القنبلة الهيدروجينية ، OCLC 456652278 ، OL 2617721W ، Wikidata Q105755363 – عبر أرشيف الإنترنت   
  3. ↑ الوكالة الدولية للطاقة الذرية (سبتمبر 2006). "توصيف ومعالجة وتكييف الجرافيت المشع الناتج عن إيقاف تشغيل المفاعلات النووية" (PDF) .
  4. ↑ في بي بوند؛ إي بي كرونكايت، محرران. (8-9 أغسطس 1986). ورشة عمل حول الآثار الصحية قصيرة المدى لحوادث المفاعلات: تشيرنوبيل (ملف PDF) . مختبر بروكهافن الوطني، أبتون، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: وزارة الطاقة الأمريكية.
  5. ↑ سارة كرامر (26 أبريل 2016). "إليكم السبب وراء استحالة حدوث كارثة نووية على غرار كارثة تشيرنوبيل في الولايات المتحدة" . بزنس إنسايدر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 يناير 2019 .
  6. ↑ الجمعية النووية الأوروبية. "ويغنر للطاقة" . مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2013. تم الاطلاع عليه في 6 يناير 2019 .
  7. ↑ إيولز، سي بي؛ تيلينغ، آر إتش؛ البربري، إيه إيه؛ هيغي، إم آي؛ بريدون، بي آر (2003). "عيب زوج فرينكل شبه المستقر في الجرافيت: مصدر طاقة ويغنر؟" (ملف PDF) . رسائل المراجعة الفيزيائية . 91 (2) 025505. رمز Bibcode : 2003PhRvL..91b5505E . doi : 10.1103/PhysRevLett.91.025505 . PMID 12906489 . 

مراجع عامة

  • جلاستون، صموئيل، وألكسندر سيسونسكي [1963] (1994). هندسة المفاعلات النووية . بوسطن: سبرينغر. ISBN 0-412-98531-4. OCLC 852791143 .