Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Надыкто Б.А. -> "Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1" -> 177

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 .. 171 172 173 174 175 176 < 177 > 178 179 180 181 182 183 .. 222 >> Следующая


как другое растет. В принципе одно зерно может доминировать и устойчиво продолжать расти до тех пор, пока система не достигнет равновесия. При высокой температуре скорость перемещения границ зерен выше, поскольку тепло повышает подвижность атомов. Как отмечалось ранее, образцы, содержащие 1 мае. % галлия, можно отжигать при температурах до 500 0C и при этом они останутся в состоянии 6-фазы (см. рис. 2).

Метод деформация-отжиг подходит для сплавов и многофазных материалов, таких как плутоний. Поскольку температура поддерживается в интервале существования фазы, стабильной при комнатной температуре, то фазовые превращения и дендритная ликвация отсут-

ствуют. После образования зерна большого размера его структура может сохраниться при комнатной температуре.

JIoc-Аламосская программа по выращиванию кристаллов плутония

Очистка. Поскольку примеси снижают подвижность границ зерен, любая методика по выращиванию кристаллов предполагает отсутствие основных примесей в исходном металлическом плутонии. Поэтому первый этап нашей программы состоит в очистке исходного плутония.

Очистку плутония необходимо осуществлять в расплавленном виде, но

сильное сродство жидкого плутония почти ко всем элементам сильно усложняет этот процесс. Расплав неизбежно загрязняется элементами, входящими в состав материала тигля, в котором находится жидкий металл.

Эту проблему мы решили путем использования печей с электромагнитной левитацией (удержанием расплава в подвешенном состоянии в электромагнитном поле). Устройства, состоящие из индукционной катушки и тигля, предназначены для левитации расплавленного вещества. Поэтому исключаются какие бы то ни было взаимодействия между тиглем и жидким металлом. Левитационная печь представлена более подробно на рис. 3. Ни в одной другой лаборатории мира не ис-

Number 26 2000 Los Alamos Science

231
Изготовление монокристаллов стабилизированного галлием плутония

Рис. 4. Вакуумная дистилляция металлического плутония

Ha фото слева изображен расплавленный металлический плутоний, удерживаемый электромагнитным полем во взвешенном состоянии в середине вертикально расположенного тигля. Америций и газовые примеси испаряются. Добавлено достаточное количество галлия, чтобы стабилизировать 6-фазу плутония после затвердевания. Ha фото справа показана полусфера из стабилизированной галлием 5-фазы плутония, полученного вакуумной дистилляцией в левитационной печи. Линии на поверхности - это отпечатки стенок изложницы, в которой затвердевал плутоний. Из этого слитка изготавливались образцы для выращивания монокристаллов

пользуется такое совершенное оборудование для очистки плутония.

В нашей методике очистки на начальном этапе используется металлический плутоний, дважды очищенный электролитически и отлитый в стержень. Затем поверхность стержня очищается от возможных оксидов и гидридов. На данном этапе уровень содержания примесей в металле обычно составляет 500-600 ppm. К числу таких примесей можно отнести железо, уран, магний, кальций, никель, алюминий, калий и кремний.

Стержень помещают в горизонтальный тигель левитационной печи, как по-

казано на рис. 3. Индукционная катушка этой печи представляет собой большой диск, который можно видеть в середине фотографии. Лишь небольшой участок стержня расплавляется непосредственно в индукционной катушке и левитирует. При перемещении тигля расплавленная зона медленно проходит вдоль стержня в одном направлении. Примеси, которые понижают температуру плавления металла, остаются в зоне жидкости, а примеси, которые ее повышают, переносятся в твердое вещество. Так как примеси либо перемещаются с этой зоной, либо проталкиваются перед ней, в любом случае они в конечном счете перегоняются к концу стержня. Если эту процедуру повторить несколько раз, степень чистоты центральной части стержня окажется высокой.

Для измерения содержания 78 “следовых” примесей мы используем масс-спектрометр очень высокого разрешения. Полученные к настоящему времени результаты показывают, что в зоне очистки левитационной печи содержание примесей уменьшается с 523 до 174 ppm; в этом оставшемся количестве примесей на долю урана приходится около 70%.1 Кроме того, в нашем образце не обнаружены какие-либо элементы материала тигля, что указывает на полное отсутствие взаимодействия с ним плутония.

Затем очищенный стержень подвергается вакуумной дистилляции в вертикальной левитационной печи; в процессе дистилляции стержень очищается от америция и газообразных примесей. После зонной очистки плутоний помещают при пониженном давлении (10-7 мм рт. ст.) в цилиндрический вертикальный тигель. Сильный индукционный ток циркулирует по всему металлическому стержню, в результате чего стержень плавится и левитирует. Поскольку америций и другие примеси имеют высокое давление паров, они отгоняются. На этом этапе мы добавляем достаточное количество галлия, чтобы изготовить сплав плутония с галлием. При резком выключении печи расплавленный сплав падает в охлаждаемый медный тигель, где он быстро затвердевает (см. рис. 4). Поскольку затвердевание происходит очень быстро, ликвация минимальна, и для литого состояния мы получаем плотность, равную 15,938 г/см3, что ненамного выше теоретической плотности 6-фазы 15,810 г/см3 (вследствие не-
Предыдущая << 1 .. 171 172 173 174 175 176 < 177 > 178 179 180 181 182 183 .. 222 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed