Efecto de Wigner

El efecto de Wigner (llamado para su descubridor, E. P. Wigner), también conocido como el efecto discomposition, es el desplazamiento de átomos en un sólido causado por la radiación de neutrón.

Cualquier sólido puede ser afectado por el efecto de Wigner, pero el efecto es de la mayor parte de preocupación en asesores de neutrón, como el grafito, que son usados para hacer más lentos neutrones rápidos. El material que rodea el asesor recibe una cantidad mucho más pequeña de la radiación de neutrón, y de neutrones más lentos, y no es como inquietante.

Un átomo intersticial y su vacante asociada se conocen como un defecto de Frenkel.

Explicación

Para crear el efecto de Wigner, los neutrones que chocan con los átomos en una estructura de cristal deben tener bastante energía de desplazarlos del celosía. Esta cantidad (energía del desplazamiento del umbral) es aproximadamente 25 eV. La energía de un neutrón puede variar extensamente pero es bastante común tener energías hasta y exceder 10 MeV (10,000,000 de eV) en el centro de un reactor nuclear. Un neutrón con una cantidad significativa de energía creará un

cascada del desplazamiento en una matriz vía colisiones elásticas. Por ejemplo un 1 neutrón de MeV el grafito asombroso creará 900 desplazamientos, sin embargo no todos los desplazamientos creará defectos porque algunos átomos golpeados encontrarán y ocuparán los puestos que eran pequeños vacíos preexistentes o puestos vacantes recién formados por los otros átomos golpeados.

Los átomos que no encuentran una vacante se paran en posiciones no ideales; es decir no a lo largo de las líneas simétricas del celosía. Estos átomos se mencionan como átomos intersticiales, o simplemente interstitials. Como estos átomos no están en la posición ideal hacen asociar una energía con ellos, mucho como una pelota en lo alto de una colina tiene la energía potencial gravitacional. Cuando las cantidades grandes de interstitials se han acumulado plantean un riesgo de soltar toda su energía de repente, creando un punto de temperaturas. Los aumentos inesperados repentinos de la temperatura pueden presentar un riesgo grande para ciertos tipos de reactores nucleares con la temperatura de funcionamiento baja y eran la causa indirecta del fuego de Windscale. La acumulación de la energía en el grafito irradiado se ha registrado hasta 2.7 kJ/g, pero es típicamente mucho más baja que esto.

A pesar de algunos informes, la concentración de la energía de Wigner no tuvo nada que ver con el desastre de Chernobyl: Este reactor, como todos los reactores de poder contemporáneos, hechos funcionar a una temperatura bastante alta para permitir que la estructura del grafito desplazada se realinee antes de cualquier energía potencial se podría almacenar.

Disipación de energía de Wigner

Esto aumenta de la energía referida como la energía de Wigner se puede aliviar calentando el material. Este proceso se conoce como la templadura. En el grafito esto ocurre en 250°C.

Un accidente durante esta templadura controlada era la causa del fuego de Windscale de 1957.

Pares de Frenkel íntimos

Se ha postulado recientemente que la energía de Wigner puede ser almacenada por la formación de estructuras de defecto de metastable en el grafito. Notablemente la liberación de la energía grande observada en el 200-250°C se ha descrito en términos de par de la vacante intersticial metastable (Ewels et al., PRL2003). El átomo intersticial se hace atrapado en el labio de la vacante, y hay una barrera para ello para combinarse de nuevo para dar el grafito perfecto.

Notas a pie de página



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