Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Как видно из рис. 1, объем 6-плуто-ния находится между объемом а-плуто-ния и америция. Если бы 5f электроны в 6-плутонии были локализованы, его равновесный объем был бы близок к объему америция, а если бы 5f электроны были делокализованными, равновесный объем был бы близок к объему а-плу-тония. Ha самом деле, 6-плутоний имеет промежуточный равновесный объем, указывающий на то, что 5f электро-
150
Los Alamos Science Number 26 2000
Свойства актиноидов в основном состоянии
VZVb
Рис. 17. Энергия гцк структуры плутония для различного числа локализованных 5f электронов
Каждая кривая показывает результаты расчетов полной энергии 5-плутония по отношению к энергии а-плутония в зависимости от VIVb. Кривые помечены п, числом предполагаемых в расчете локализованных 5f электронов. Кривая, которая предсказывает самое низкое значение полной энергии при правильном объеме 5-плутония, VIVb = 1, представляет конфигурацию с четырьмя локализованными 5f электронами и только одним блуждающим электроном. Более того, энергия этого состояния относительно a-фазы является почти правильной
ны находятся в некотором неизвестном промежуточном состоянии. Таким образом, традиционная точка зрения, что электроны локализуются где-то между плутонием и америцием, нуждается в изменении и следует допустить существование промежуточной фазы, представленной 6-плутонием.
В дополнение к необычному равновесному объему 6-плутоний имеет экзотическое отрицательное тепловое расширение - при нагревании его объем уменьшается. В соответствии с выводами, сделанными в предыдущем разделе, если бы состояния 5f электронов были делокализованными в 6-плутонии, структура этой аллотропической модификации была бы искажена. Следовательно, наблюдаемая гцк структура 6-плутония позволяет предположить, что 5f состояния, подобные состояниям в а-плутонии, не являются делокализованными. Кроме того, если бы 5f состояния были локализованными, как в америции, можно было бы предположить (на основе атомной теории), что
они связывались бы, образуя магнитный момент в каждом атоме плутония, и, как следствие, можно было бы наблюдать магнитное упорядочение в кристалле при низких температурах. Хотя эксперименты с этой аллотропической фазой достаточно редки, вопрос о том, наблюдалась ли зависимая от температуры магнитная восприимчивость в плутонии после a-фазы, в настоящее время остается спорным. Если такое поведение 6-плутония подтвердится, подтвердится и вывод о существовании локальных моментов, указывающий на 5f локализацию.
Наши последние работы были направлены на решение этой проблемы (Eriksson et al. 1999). Мы изменили выражение для энергии в уравнении (7), объединив в нем состояния, которые являются смесью локализованных и де-локализованных состояний, аппроксимацией смешанного типа. С помощью этого выражения мы рассчитали полную энергию как функцию не только объема и структуры, но также доли
плотности электронов, которая соответствует локализованным электронам. Используя связь Рассела - Саундерса, мы рассчитали полную энергию любой локализованной части множества 5f электронов.
Мы получили приближение смешанного типа путем наложения ограничения на определенные электроны так, чтобы они стали локализованными. Ограничение заключается в том, что эти электроны не должны перескакивать из одного узла в другой и не должны смешиваться (гибридизоваться) с другими электронными состояниями. Можно выполнить расчет с ограничениями, используя метод, описанный при обсуждении уравнения (4). Однако, поскольку имеется ограничение, величина полной энергии теперь становится больше, чем та, которая получена при расчете методом ПЛП без ограничений, E = Enjin + Aorp. Теперь можно ассоциировать локализованную f конфигурацию с несвязанной (в смысле связи Рассела - Саундерса) атомной конфигурацией. Эту конфигурацию иногда называют главным барицентром атомной конфигурации.
На основе теории атома можно вычислить разницу между энергией этой конфигурации и самой нижней энергией атомного мультиплета. Поскольку такое описание становится довольно длинным, мы просто обозначаем эту энергию как АСвязи* Истинная полная энергия 5f локализованной конфигурации актиноидного материала должна, следователь-HO, составлять E = Enm + Aorp - Асвязи. В этом выражении могут быть вычислены все члены. Если они применяются к металлическому америцию, локализованная f6 конфигурация имеет самую низкую полную энергию в согласии с экспериментом. Такой подход не является феноменологическим; он просто объединяет знания теории функционала плотности со знаниями атомной теории (связь Рассела-Саундерса). Некоторые параметры теории атома берутся из экспериментов, но ничто не мешает нам рассчитать эти параметры, например, из теорий конфигурационного взаимодействия. Разделение множества 5f электронов на локализованную и делока-лизованную части является физически обоснованным, и можно исследовать, понижается ли при этой процедуре пол-
Number 26 2000 Los Alamos Science
151
Свойства актиноидов в основном состоянии
