Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Надыкто Б.А. -> "Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1" -> 176

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 .. 170 171 172 173 174 175 < 176 > 177 178 179 180 181 182 .. 222 >> Следующая


(Фото Рамиро Перейра)

Number 26 2000 Los Alamos Science

229
Изготовление монокристаллов стабилизированного галлием плутония

Галлий (ат. %)

Галлий (мае. %)

Рис. 2. Диаграмма состояния двойной системы плутоний-галлий для сплавов при низком содержании галлия

У чистого плутония больше всего аллотропических модификаций по сравнению с другими элементами. Прослеживая его фазовые превращения вниз по левой оси, можно отметить, что жидкий плутоний (L) затвердевает с образованием в-фазы при температуре ниже 640°С и затем по мере охлаждения до комнатной температуры проходит еще через пять фазовых состояний со структурами 5', 6, у, (3 и а. При легировании плутония небольшим количеством галлия (менее -2,5 мае. %) число аллотропических фаз уменьшается с шести до двух. Например, при 1 мае. % галлия (красная линия) расплавленный сплав охлаждается, проходя через двухфазную область (L + в), чистую в-фазу, затем двухфазную область (в + 6), после чего достигает состояния 6-фазы, которая устойчива до комнатной температуры. В первых небольших количествах в-фазы, затвердевающей из области (L + в)-фазы, концентрация галлия выше, чем в расплаве. Точный состав можно определить, следуя по первой горизонтальной линии перехода в области (L + в) вправо. Во вновь затвердевающем материале галлия содержится меньше, а поэтому градиенты состава имеются в пределах каждого зерна (дендритная ликвация). Образование неоднородности по составу возобновляется при прохождении сплава через (в + 6)-фазовую область

6-плутония. При содержании галлия от 1 до 2 мае. % в сплаве плутония с галлием имеются лишь две фазы (гиб), причем 6-фаза образуется при ~ 500 0C и сохраняется до комнатной температуры.

P. JI. Момент получил несколько крупных зерен с использованием методики Бриджмена: расплав замораживали и при убывающем градиенте температуры он медленно превращался в 6-фазу. (Воспоминания P. JI. Момента о своей работе приведены в статье, на с. 235.) Ho, как показали рентгеновские сним-

ки, сделанные в камере Лауэ обратного отражения, крупные зерна имели субструктуру. Поэтому они оказались непригодными для высококачественных измерений физических свойств.

Одной из причин низкого качества зерна могли быть внутренние условия, возникающие в результате внутрикри-сталлической ликвации. Как видно из рис. 2, в процессе затвердевания сплава при прохождении двухфазной области жидкость плюс 8-фаза, (L + г), в центре образующихся зерен возникает более

высокая концентрация галлия. При неоднородном распределении легирующего элемента в кристаллической решетке возникают деформации, что может отрицательно влиять на рост зерна.

Прежде всего, чтобы избежать вну-тризеренной ликвации и других возможных проблем, связанных с г- и 6-фазовыми превращениями, Момент отказался от методики Бриджмена и перешел к выращиванию зерен плутония методом деформация-отжиг. Такой метод в конечном счете оказался успешным, и проведенные им измерения упругих постоянных до сих пор являются единственными, выполненными на монокристалле 6-фазы плутония. В работах по своей нынешней программе мы руководствуемся опытом Момента.

Выращивание кристаллов плутония в твердом состоянии. Метод деформация-отжиг позволяет выращивать кристаллы полностью в твердом состоянии. При использовании этого метода металл пластически деформируют таким образом, чтобы в нем образовались дислокации. Дислокации представляют собой нарушение состояния с минимальной энергией в идеальной решетке и, следовательно, они являются формой запасенной энергии. При небольшой степени пластической деформации (менее 10%) за счет дислокаций в решетке запасается примерно от

1 до 4% энергии деформации, а остальная энергия рассеивается в виде тепла.

Запасенная энергия выделяется при нагреве металла на первом этапе отжига. Энергия идет на образование новых зерен в ходе процесса, называемого рекристаллизацией. Выдержка металла при постоянных высоких температурах (следующий этап процесса отжига) позволяет рекристаллизованным зернам расти дальше за счет перемещения границ зерен.

Граница зерна имеет поверхностную энергию. У небольших зерен поверхностная энергия пропорционально больше, чем у более крупных зерен, поэтому небольшим зернам энергетически выгодно объединяться в более крупные. Граница перемещается по мере того, как атомы из одного зерна выходят и входят в состав другого зерна. Одно зерно “расходуется”, в то время

230

Los Alamos Science Number 26 2000
Изготовление монокристаллов стабилизированного галлием плутония

Рис. 3. Печь для очистки с зоной левитации

Печь с электромагнитной левитацией состоит из тигля, который удерживает образец, и индукционной катушки. Как показано на схеме справа, высокочастотная энергия, проходя через катушку, приводит к протеканию тока в тигле. Ток создает магнитное поле Mc, вызывающее протекание вихревых токов в образце, который в результате нагревается и плавится. Ho вихревые токи создают и вторичное магнитное поле в направлении, противоположном Mc. Магнитное отталкивание приводит к тому, что зона жидкого металла левитирует (висит) на небольшом расстоянии от стенок тигля. На фото изображен стержень из нержавеющей стали, загруженный в горизонтальный тигель. Светящаяся область в индукционной катушке представляет собой зону левитирующего расплава, и при перемещении тигля эта зона проходит через стержень. Элементы, понижающие температуру плавления вещества перемещаются вместе с этой зоной, а элементы, повышающие температуру плавления, диффундируют в твердое вещество. В любом случае примеси выносятся на конец стержня и затем их убирают. В своей программе мы производим очистку стержней из си-фазы плутония, но не 5-фазы, чтобы избежать осложнений, связанных с добавкой галлия
Предыдущая << 1 .. 170 171 172 173 174 175 < 176 > 177 178 179 180 181 182 .. 222 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed