Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
ЛИТЕРАТУРА
Fisk, Z., D. W. Hess, С. J. Pethick, D. Pines, J.
L. Smith, J. D. Thompson, and J. O. Willis. 1988. Science 239: 33.
Harrison, N., A. L. Cornelius, H. Harima,
K. Takegahara, J. A. Detwiler,
G. M.Schmiedeshoff, and J. C. Cooley. 2000. Phys. Rev. B 61: 1779.
Hess, D.W., P. S. Riseborough, and J. L. Smith.
1993. In Encyclopedia of Applied Physics Vol. 7, p. 435. Edited by G. L. Trigg.
New York: VCH Publishers.
Johansson, B. 1974. Phil Mag. 30: 469.
Lander, G. H., E. S. Fisher, and S. D. Bader. 1994. Adv. Phys. 43: I.
Meot-Reymond, S., and J. M. Fournier. 1996.
J. Alloys and Compounds 232: 119.
Ott, H. R., H. Rudigier, Z. Fisk, and J. L. Smith. Phys. Rev. Lett. 50: 1595.
Smith, J. L., and R. G. Haire. 1978. Science 200: 535.
Smith, J. L., and E. A. Kmetko. 1983. J. Less-Common Metals 90: 83.
Soderlind, P. 1998. Adv. Phys. 47: 959.
Soderlind, P., O. Eriksson, B. Johansson,
J. M. Wills, and A. M. Boring. 1995.
Nature 374 (6522): 524.
Stewart, G. R., Z. Fisk, J. O. Willis, and J. L. Smith. 1984. Phys. Rev. Lett. 52: 679.
van Schilfgaarde, M., I. A. Abrikosov, and B. Johansson. 1999. Nature 400: 46.
128
Los Alamos Science Number 26 2000
ПЛУТОНИИ И КВАНТОВАЯ КРИТИЧНОСТЬ
Джордж Чаплин, Джеймс JI. Смит
Казалось бы, после более пяти-десяти лет исследований в Лос-Аламосе мы должны понимать необычные свойства плутония. Мы, однако, все еще находимся в полном недоумении. Можно было ожидать, что нам удастся подробно описать технические свойства плутония и использовать их для прогнозирования, например, старения плутония в арсенале ядерного оружия. Однако его свойства слишком сильно зависят от таких переменных величин, как содержание примесей, температура и способ изготовления, чтобы их можно было прогнозировать. В связи с этим мы не можем рассматривать плутоний как обычный инженерный материал, такой как сталь или алюминий.
Необычное поведение плутония обычно связывают с наличием у него многочисленных конкурирующих состояний вблизи основного состояния, обусловленных тем, что f электроны в плутонии сильно взаимодействуют и могут самоорганизовываться различными способами. Это обстоятельство имеет очень важное практическое следствие - небольшие изменения параметров системы могут привести к кардинальному изменению свойств вещества. Ho можно ли прогнозировать такие изменения? Как это бывает, недавние эксперименты на металлах с тяжелыми фермионами и высокотемпературными сверхпроводниками привели к новому взгляду на тот вид сложности, который мы наблюдаем в плутонии.
При нулевой температуре резкие изменения волновой функции основного состояния системы в результате небольших изменений внешнего параметра, такого как давление или введение добавки, называют квантовыми фазовыми переходами (Sachdev 2000). Вещество вблизи квантового фазового перехода во многом подобно веществу вблизи обыкновенной критической точки, оно проявляет типичное аномальное поведение-явление, называемое квантовой
критичностью. С другой стороны, в отличие от обычных фазовых переходов, квантовые переходы происходят между основными состояниями и сопровождаются незначительными изменениями энтропии.
Недавно было показано, что вблизи квантового фазового перехода имеется аномально большое удельное сопротивление в случае металлических тяжелофермионных соединений церия (Mathur et al. 1998) и урана (Saxena et al. 2000). Хотя такое удельное сопротивление еще не получило теоретического объяснения, оно почти наверняка является видом поведения квантовой критичности, связанного со способом самоорганизации f электронов в этих материалах. Изменения в организации f электронов отражаются и на изменениях магнитных свойств. Поэтому можно предположить, что эти примеры аномального поведения вблизи квантового фазового перехода в малой степени касаются плутония, у которого магнетизм либо отсутствует, либо чрезвычайно слабый. В то же время важно помнить, что у плутония необычно высокая магнитная восприимчивость помимо того, что он обнаруживает другие признаки тяжелофермионного поведения.
Аномальная температурная зависимость электрического удельного сопротивления плутония является характерным признаком квантовой критичности. У обычных металлов удельное сопротивление уменьшается по мере охлаждения вещества от комнатной температуры, поскольку убывает колебательное движение атомов. У плутония и веществ с очень тяжелыми фермионами удельное сопротивление повышается с понижением температуры в определенной области охлаждения.
Лафлин и др. (2000) утверждают, что практически невозможно рассчитать из первых принципов свойства системы, поведение которой определяется квантовым фазовым переходом. Поэ-
тому, чтобы определить свойства плутония, следует полагаться главным образом на эксперименты. Это имеет важное значение для сопровождения ядерного арсенала. Как следует из статей, представленных в настоящем томе, уже сделано немало, но намного больше еще предстоит сделать. Нам нужно найти квантовую критическую точку, определяющую необычные свойства плутония, и установить ее характеристики. Нам нужен металл более чистый, поскольку примеси, так же как и повышение температуры, изменяют свойства. К металлу повышенной чистоты нам нужно приложить высокие магнитные поля и давление и понизить температуру до значения, близкого к абсолютному нулю. Нам нужны новые способы измерения фундаментальных свойств в этих условиях.
