Wigner-Energie

Wigner-Energie (entdeckt von Eugene Paul Wigner) ist Energie, die im Kristallgitter von Graphit gespeichert sein kann. Sie spielt eine Rolle für die Sicherheit graphitmoderierter Kernreaktoren.

Physikalischer Hintergrund

Während des Betriebs des Reaktors wird der Graphit von schnellen Neutronen bestrahlt. Dadurch können Kohlenstoffatome aus der kristallinen Gitterstruktur auf Zwischengitterplätze verschoben werden. Der Graphit dehnt sich dadurch leicht aus und es entstehen Kristallfehler, die Energie speichern. Der Graphit wird teilweise metamikt. Diese gespeicherte Energie wird als Wigner-Energie bezeichnet. Sie kann spontan und schlagartig als Wärme freigesetzt werden. Da ein solch unkontrollierter Temperaturanstieg ein Sicherheitsrisiko darstellt, darf die im Moderator gespeicherte Wigner-Energie nicht zu groß werden.

Die Fehlstellen beginnen ab etwa 250 °C zu rekombinieren und setzen dadurch die Wigner-Energie allmählich frei. Daher lässt sich der Moderator „ausheizen“. Dazu muss der Reaktor für einige Zeit auf entsprechend hoher Temperatur gehalten werden. Bei graphitmoderierten Hochtemperaturreaktoren erfolgt das „Ausheizen“ automatisch im laufenden Betrieb, da die Kerntemperatur ausreichend hoch ist.

Beim Versuch, die gespeicherte Wigner-Energie des luftgekühlten Graphitmoderators des Reaktors Pile No. 1 in Windscale (heute besser bekannt als Sellafield) zu reduzieren, kam es 1957 zum Windscale-Brand, einem der schwersten Unfälle in der zivilen Kerntechnik vor der Katastrophe von Tschernobyl.

Siehe auch

• Gitterfehler
• Liste von Unfällen in kerntechnischen Anlagen

Literatur

• Glasstone & Sesonke. Nuclear Reactor Engineering. Springer [1963] (1994). ISBN 0-412-98531-4