Wignereffekten
Wignereffekt (uppkallad efter sin upptäckare, Eugene Wigner), även känd som Wigners Decease, är förskjutning av atomer i ett fast ämne orsakad av neutronstrålning. Alla fasta ämnen kan påverkas av Wignereffekt, men effekten är mest betydelsefull i en moderator, som grafit, vilken syftar till att minska hastigheten på snabba neutroner och därmed göra dem till termiska neutroner som kan upprätthålla en nukleär kedjereaktion av uran-235.
Beskrivning
För att Wignereffekt skall uppstå, måste neutroner som kolliderar med atomerna i en kristallstruktur ha tillräckligt med energi för att förskjuta dem i gittret. Detta värde (tröskel för förskjutningsenergi) är cirka 25 eV. Energin hos en neutron kan variera kraftigt, men det är inte ovanligt att den har energi upp till eller mer än 10 MeV (10 miljoner eV) i centrum av en kärnreaktor. En neutron med en så stor mängd energi kommer att skapa en förskjutningskaskad i en matris via elastiska kollisioner. Till exempel, en 1 MeV-neutron som träffar grafit kommer att skapa ca 900 förskjutningar; dock utan att alla förskjutningar skapar defekter, eftersom en del av de träffade atomerna kommer att hitta och fylla vakanser som var antingen små befintliga tomrum eller nybildade vakanser efter andra utslagna atomer.
Atomerna som inte hittar en ledig plats kommer att stanna i ickeideala positioner, det vill säga utanför de symmetriska raderna av gittret. Dessa atomer kallas interstitiella atomer, eller helt enkelt mellansides. Interstitiell atom och dess tillhörande vakans är känd som en Frenkeldefekt. Eftersom dessa atomer inte är i perfekt läge, har de en energi som förknippas med dem, ungefär som en boll på toppen av en kulle har en potentiell gravitationsenergi. Om ett stort antal mellansides atomer har ackumulerats, utgör de en risk för att frigöra all sin energi plötsligt, vilket skapar en temperaturspik. Plötsliga, oplanerade temperaturökningar kan utgöra en stor risk för vissa typer av kärnreaktorer med låg arbetstemperatur och var den indirekta orsaken till branden i reaktorn i Windscale. Ansamling av energi i bestrålad grafit har noterats så hög som 2,7 kJ/g, men är typiskt mycket lägre än detta. Grafit, som har en värmekapacitet 0,720 J/g °C, skulle kunna utsättas för en plötslig ökning av temperaturen på ca 3 750 °C.
Trots vissa rapporter, hade uppbyggnad av Wignerenergi ingenting att göra med Tjernobylkatastrofen. Denna reaktortyp, liksom alla moderna reaktorer, drivs vid en tillräckligt hög temperatur för att tillåta den förskjutna grafitstrukturen att justera sig innan någon potentiell energi hinner lagras.
Källor
- Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, tidigare version.