위그너 효과

Wigner effect

위그너 효과(발견자 유진 위그너라는 이름으로 이름 붙여짐)[1]는, 당황 효과나 위그너 병으로도 알려져 있는데,[2] 중성자 방사선에 의한 고형 내 원자의 변위다.

어떤 고체든 위그너 효과를 표시할 수 있다. 그 영향은 고속 중성자의 속도를 감소시켜 우라늄-235와 관련된 핵 연쇄 반응을 지속할 수 있는 열 중성자로 변화시키기 위한 흑연과 같은 중성자 감속기에서 가장 우려되는 것이다.

설명

위그너 효과를 만들어내기 위해서는 결정 구조에서 원자와 충돌하는 중성자가 격자로부터 원자를 대체할 수 있는 충분한 에너지를 가지고 있어야 한다. 이 양(임계 변위 에너지)은 대략 25 eV이다. 중성자의 에너지는 매우 다양할 수 있지만, 원자로 중심부에 최대 10 MeV(10,000,000 eV)까지 에너지가 있는 것은 드문 일이 아니다. 상당한 양의 에너지를 가진 중성자는 탄성 충돌을 통해 매트릭스에서 변위 폭포를 만들 것이다. 예를 들어, 1 MeV 중성자 충돌 흑연은 900개의 변위를 만들 것이다; 모든 변위가 결함을 만들지는 않을 것이다. 왜냐하면 충돌한 원자의 일부는 작은 기존의 공극이나 다른 충돌 원자에 의해 새로 형성된 빈 공간을 찾아 메울 것이기 때문이다.

빈자리를 찾지 못하는 원자들은 이상적이지 않은 위치에서 쉬게 된다. 즉 격자의 대칭선을 따라 움직이지 않는다. 이러한 원자를 간성원자, 또는 단순히 간성원자라고 한다. 중간 원자와 그 결원은 Frenkel 결함으로 알려져 있다. 이들 원자는 이상적인 위치에 있지 않기 때문에 언덕 꼭대기에 있는 공에 중력 전위 에너지가 있는 것처럼 그것과 연관된 에너지를 가지고 있다. 이 에너지를 위그너 에너지라고 한다. 많은 수의 중간 물질이 축적되면, 그들은 모든 에너지를 갑자기 방출하여, 빠르고 매우 큰 온도 상승을 일으킬 위험이 있다. 갑작스러운 예상치 못한 기온 상승은 운전 온도가 낮은 특정 유형의 원자로에 큰 위험을 초래할 수 있다. 그 중 하나는 윈드스케일 화재의 간접적인 원인이었다. 조사된 흑연에 축적된 에너지는 최대 2.7 kJ/g까지 기록되었지만, 일반적으로 이보다 훨씬 낮다.[3]

일부 보고에도 불구하고,[4] 위그너 에너지 증가는 체르노빌 재앙의 원인과 아무 관련이 없었다: 이 원자로는, 현재의 모든 원자로와 마찬가지로, 대체된 흑연 구조가 어떤 잠재적 에너지가 저장되기 전에 재정비할 수 있을 만큼 충분히 높은 온도에서 작동했다.[5] 위그너 에너지는 사고가 사건의 흑연 화재 단계로 진입했을 때 즉각적인 임계 중성자 스파이크 이후 일부 역할을 했을 수 있다.

위그너 에너지 소산

위그너 에너지가 축적되면 재료를 가열하면 완화할 수 있다. 이 과정은 어닐링이라고 알려져 있다. 흑연에서 이것은 250 °C에서 발생한다.[6]

친밀한 Frenkel 쌍

2003년에, 위그너 에너지는 흑연에 측정 가능한 결함 구조의 형성에 의해 저장될 수 있다고 가정되었다. 특히 200–250 °C에서 관측된 대규모 에너지 방출은 측정 가능한 중간-바칸시 쌍의 관점에서 설명되었다.[7] 간질 원자는 빈자리의 입술에 갇히게 되고, 완벽한 흑연을 주기 위해 재결합하는 장벽이 있다.

인용구

  1. ^ Wigner, E. P. (1946). "Theoretical Physics in the Metallurgical Laboratory of Chicago". Journal of Applied Physics. 17 (11): 857–863. Bibcode:1946JAP....17..857W. doi:10.1063/1.1707653.
  2. ^ Rhodes, Richard (1 August 1995). Dark Sun: The Making of the Hydrogen Bomb. Simon & Schuster. ISBN 978-0-68-480400-2. LCCN 95011070. OCLC 456652278. OL 7720934M. Wikidata Q105755363 – via Internet Archive.
  3. ^ International Atomic Energy Agency (September 2006). "Characterization, Treatment and Conditioning of Radioactive Graphite from Decommissioning of Nuclear Reactors" (PDF).
  4. ^ V.P. Bond; E.P. Cronkite, eds. (August 8–9, 1986). "Workshop on Short-Term Health Effects of Reactor Accidents: Chernobyl" (PDF). United States Department of Energy. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  5. ^ Sarah Kramer (26 Apr 2016). "Here's why a Chernobyl-style nuclear meltdown can't happen in the United States". Business Insider. Retrieved 6 Jan 2019.
  6. ^ European Nuclear Society. "Wigner Energy". Retrieved 6 Jan 2019.
  7. ^ C. P. Ewels, R. H. Telling, A. A. El-Barbary, M. I. Heggie, and P. R. Briddon (2003). "Metastable Frenkel Pair Defect in Graphite: Source of Wigner Energy?" (PDF). Physical Review Letters. 91 (2): 025505. Bibcode:2003PhRvL..91b5505E. doi:10.1103/PhysRevLett.91.025505. PMID 12906489.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

일반참조

  • 글라스스톤, 사무엘, 알렉산더 세손스케[1963](1994년) 원자로 엔지니어링. 보스턴: 스프링거. ISBN 0-412-98531-4. OCLC 852791143.