Специалисты Томского политехнического университета и Российской академии наук предсказали новый механизм накопления энергии метастабильными ядрами изотопов, сообщается в пресс-релизе томского вуза. В переизбытке такая энергия может привести к различным нештатным ситуациям на ядерных реакторах, считают учёные. Но если учесть её наличие, то можно будет повысить уровень безопасности на реакторах.
"В природе существуют стабильные и нестабильные ядра. И те, и другие составляют основу атомов. Нестабильные ядра распадаются. В этом случае мы говорим о радиоактивном распаде", — поясняет Игорь Шаманин, заведующий кафедрой технической физики ТПУ действительный член Академии инженерных наук.
Кроме этого, существуют ещё и метастабильные ядра.
"При их распаде не происходит "превращение" ядра атома одного химического элемента в ядро атома другого химического элемента. Ядро, оставаясь самим собой, переходит из метастабильного в стабильное состояние или в другое метастабильное состояние. Все эти состояния отличаются внутренней энергией, сконцентрированной в ядре", — добавляет Шаманин.
В статье, опубликованной в научном издании Bulletin of the Lebedev Physics Institute, учёные теоретически доказали, что в метастабильном состоянии ядро может оказаться не только после того, как ему в основном (стабильном) состоянии передана энергия. Но также и после того, как оно уже в первый раз преобразовалось в процессе радиационного захвата нейтрона — когда ядро атома соединяется с нейтроном и образует более тяжёлое ядро.
"В ядерной реакции захвата нейтрона образуется ядро изотопа, которое долгое время (по ядерным масштабам), как аккумулятор, сохраняет избыточную энергию. Затем это метастабильное ядро "сбрасывает" избыточную энергию и переходит в основное состояние", — объясняет Шаманин. По его мнению, открытие позволит управлять процессом накопления избыточной энергии в метастабильных состояниях ядер ряда изотопов.
Предсказанный физический процесс очень важен, в частности, для ядерной энергетики, уверен учёный. Так, при проектировании современных реакторных установок и выборе конструкционных материалов для них необходимо учитывать возможность накопления и неконтролируемого высвобождения избыточной энергии в материалах. Это очень важный аспект ядерной безопасности.
Например, всем физикам-ядерщикам известна проблема так называемой энергии Вигнера в графитовых конструкциях реакторных установок, поясняет Шаманин. При облучении нейтронами графит имеет свойство накапливать внутреннюю энергию. Таким образом, в графите некоторых типов реакторных установок может быть аккумулировано значительное количество скрытой энергии, которая может быть высвобождена путём нагрева облученного графита до температуры, значительно превышающей ту, при которой он "работал", находясь под действием потока нейтронов.
На сегодняшний день учёные продолжают исследовать теоретический процесс и рассчитывают найти ему важное приложение в науке и технике.
"Ядерную энергию, как и любую другую, можно накапливать и использовать. Например, в устройствах преобразования энергии. Одной из наших задач, помимо всего прочего, является поиск методов накопления энергии в метастабильных состояниях ядер изотопов", — заключает Шаманин.
К слову, ранее физики впервые сфотографировали тень атома.
