Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Надыкто Б.А. -> "Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1" -> 17

Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.

Надыкто Б.А., Темофеева Л.Ф. Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 — Саров, 2003. — 304 c.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка): plutoniyfundamentproblemi2003.djvu
Предыдущая << 1 .. 11 12 13 14 15 16 < 17 > 18 19 20 21 22 23 .. 222 >> Следующая


На этой микрофотографии показаны зерна 6-фазного сплава Pu с 2 ат.% Ga

Здесь показано образование пластин а'-фазы в зернах 5-фазы

Периодическая таблица элементов с указанием валентных электронов для изолированных атомов актиноидов

состояние дальнего порядка (по магнетизму или сверхпроводимости), как в других металлах.

Плутоний чувствителен не только к температуре и давлению, но и к химическим добавкам. Так, легирование алюминием или галлием в количестве нескольких атомных процентов может существенно изменить его плотность и структурную нестабильность. При таком легировании гцк структура 6-фазы сохраняется до комнатной температуры и плутоний становится пластичным и легко прессуется в различные формы. И все же эта наиболее полезная и знакомая фаза является наименее понятой теоретически. Она имеет плотноупакованную структуру, но самую низкую плотность. Кроме того, 6-фазные сплавы проявляют фазовую неустойчивость, легко превращаясь из 6- в a-фазу (см. микрофотографии) при изменении температуры или приложении напряжений. И, наконец, остается необъясненной электронная структура 6-плутония, которая, возможно, является единственной во всей периодической таблице.

Это 5f электроны

Почему так странно ведет себя металлический плутоний? Зная, что электронная структура определяет неядерные свойства, обратимся к периодической таблице элементов и рассмотрим выводы, сделанные на основании современных расчетов. Актиноидам свойственно заполнение атомной 5f подоболочки подобно тому, как в редкоземельных элементах заполняется 4f подоболочка. Однако 5f электроны легких актиноидов ведут себя скорее как 5d электроны переходных металлов, чем как 4f электроны редкоземельных элементов. Атомные объемы являются наилучшими индикаторами того, что происходит с этими электронами, и график на следующей странице четко показывает сходство между легкими актиноидами до плутония и переходными металлами. Каждый дополнительный 5f электрон в легких актиноидах приводит к уменьшению атомного объема. Догадки о причине этого возникли несколько десятилетий назад. Как и 5d электроны, 5f электроны переходят в зону проводимости, где они усиливают химические связи, притягивая атомы друг к другу. Напротив, в америции 5f электроны начинают вести себя подобно 4f электронам редкоземельных элементов, локализуясь в каждом узле решетки и становясь химически инертными.

При отсутствии вклада 5f электронов в образование связей атомный объем резко возрастает в америции и затем при увеличении атомного числа лишь немного уменьшается, поскольку 5f электроны остаются локализованными в остальной части ряда. Картина локальных магнитных моментов подтверждает это. Легкие актиноиды не обнаруживают локальных моментов (как и следует ожидать, если все валентные электроны находятся в зоне проводимости), в то время как тяжелые актиноиды и редкоземельные элементы обычно имеют локальные моменты, создаваемые их локализованными соответственно 5f и 4f электронами.

В настоящее время у нас выполнены точные расчеты на основе первых принципов, которые воспроизводят общие тенденции изменения атомных объемов, локальных моментов и структур в основном состоянии. Кроме того, эти расчеты дают некоторое представление о причинах нестабильности плутония и

его более легких соседей. Так что теперь мы начинаем понимать смысл интригующей фазовой диаграммы “температура-состав”, объединяющей все актиноиды, которая была построена почти 20 лет назад (см. объединенную фазовую диаграмму на следующей странице).

Самым важным выводом из расчетов является то, что у легких актиноидов 5f

61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 99 68 Er 100 69 Tm 101 Yb '102 Lu T03
93 Np 5f4 \ \ \ 95 Am 5f\ '96 Cm 5f7 97 Bk 5f9 98 Cf 5f10 Es 5f11 Fm 5f12 Md 5f13 No 5f14 Lr 5f14 6d
6d 7 s2 \ \ \ 7s2 6d Vs2 _ ^— 7s2 7s2 7 s2 7 s2 7s2 7 s2 7 s2

18

Los Alamos Science Number 26 2000
Исторический обзор

Актиноиды: Th Переходные металлы:

электроны различных атомов перекрываются, причем перекрываются только они. Поэтому они занимают очень узкую зону проводимости (или энергии), которая имеет очень высокую плотность состояний вблизи уровня Ферми. По мере увеличения числа 5f электронов, заполняющих эту зону, конкретные свойства этой зоны начинают влиять на свойства связей металла. Например, искажения решетки или структуры с низкой симметрией наиболее характерны для материалов с узкой зоной, поскольку они расщепляют эту зону в определенных областях и тем самым уменьшают общую энергию. Поэтому объединенная фазовая диаграмма показывает, что уран, нептуний и плутоний в основном состоянии имеют структуры с низкой симметрией, а не структуры с высокой симметрией, которые характерны для большинства металлов. До этого основное состояние плутония с низкой симметрией объясняли образованием направленных или ковалентноподобных связей за счет угловых характеристик f электронов. Кроме того, поскольку узкая зона 5f электронов перекрывается с s, р и d зонами, ряд электронных конфигураций имеет почти одинаковую энергию, что приводит к возникновению большого числа аллотропических модификаций урана, нептуния и плутония и соответственно их большой чувствительности к внешним воздействиям.
Предыдущая << 1 .. 11 12 13 14 15 16 < 17 > 18 19 20 21 22 23 .. 222 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed