[科普中国]-石墨潜能

石墨潜能（stored energy of graphite）是指在快中子辐照下，石墨热焓的增量称为潜能或维格纳能。1942年英国理论物理学家维格纳第一次提出，高能粒子（包括高能中子）可把原子从晶格中击出，从此这一效应称为维格纳效应。维格纳计算了裂变中子在石墨慢化材料中所损失的能量。中子的能量转化为石墨的潜能、所以潜能又常称为维格纳能1。

简介石墨潜能（stored energy of graphite）是指在快中子辐照下，石墨热焓的增量称为潜能或维格纳能。1942年英国理论物理学家维格纳第一次提出，高能粒子（包括高能中子）可把原子从晶格中击出，从此这一效应称为维格纳效应。维格纳计算了裂变中子在石墨慢化材料中所损失的能量。中子的能量转化为石墨的潜能、所以潜能又常称为维格纳能1。

裂变中子一个裂变中子（平均能量2MeV），在石墨中慢化到热中子平均可产生20000个间隙原子。一对“间隙原子-空位”的生成热约1010KJ/mol，间隙原子-空位对偶简称间-空对，间隙原子可以结合成簇团，例如部分间隙原子可能以C2的形式存在，此时间-空对的生成热有所下降，约为710KJ/mol，潜能是以石墨的一种晶体缺陷，即以间-空对的形式存于石墨之中，当辐照过的石墨加热到高于原来的辐照温度，即进行退火时，热运动使石墨晶体中的缺陷扩散，特别会促使间隙原子与空位互相复合而湮灭，同时将其生成热释放出来，即把潜能S以热能的形式释放出来2。

潜能释放率温度升高1℃所释放的潜能称为潜能释放率。表征潜能释放率与退火温度之间关系的是潜能释放曲线（图1）2。

石墨潜能与辐照剂量的关系可用氧弹热量计测出的石墨辐照试样燃烧热的增值。这一热量增值就是总潜能S1。总潜能随辐照剂量的增加而增加，但却随辐照温度的升高而显著下降。辐照温度在300℃以上时，总潜能的积累很少，潜能释放曲线上也不会出现高峰。石墨在30℃下长期辐照到1022n/cm2（En>0.18MeV），总潜能得到饱和值，约为2730-2940J/g。石墨潜能S1与辐照剂量的关系示于图23。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学