Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Надыкто Б.А. -> "Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1" -> 183

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 .. 177 178 179 180 181 182 < 183 > 184 185 186 187 188 189 .. 222 >> Следующая


В “Рассказе о двух диаграммах” (с. 246) Хеккер и Тимофеева по новому рассмотрели проблему стабильности 6-фазы. Поскольку нет ясности в понимании гранецентри-рованной кубической (гцк) 6-фазы плутония, то остаются вопросы по долговременной стабильности этой фазы, которая может быть сохранена при комнатной температуре введением в плутоний всего лишь нескольких атомных процентов (ат. %) галлия. В статье “Химия поверхностных явлений и коррозии плутония” (с. 254) Хашке, Аллен и Моралес обсуждают проблему старения плутония снаружи вовнутрь. В их статье особенно важное значение придается хранению плутония в условиях контролируемой атмосферы, чтобы избежать возможных катастрофических последствий. И наконец, Уолфер описывает проблему старения изнутри в статье “Радиационные эффекты в плутонии” (с. 276) и развивает наиболее правдоподобный сценарий повреждений плутония, вызванных самооблучением.

После краткого введения в понятие стабильности фаз и выводов, сделанных в отношении химии поверхностных и коррозионных процессов, мы более полно опишем возможные микроструктурные эффекты повреждений плутония вследствие самооблучения.

Фазовая стабильность

При старении твердого тела постоянно действуют термически активируемые кинетические процессы в направлении достижения равновесия (т. е. состояния с наименьшей энергией). Следовательно, в процессе старения любые неравновесные структуры изменяются. Вследствие больших изменений объема, которые сопровождают изменения фазового состава, одним из основных вопросов, связанных с сохранением структурной целостности плутония и его сплавов, является фазовая стабильность. Поэтому в течение многих лет проводилась большая работа по определению равновесных фазовых диаграмм плутония с большинством элементов периодической таблицы.

Los Alamos Science Number 26 2000
Однако диаграммы состояния плутоний-галлий (Pu-Ga), построенные учеными-ис-следователями на Западе и в России, имеют существенное различие. Диаграмма ученых Запада показывает гцк 6-фазу как равновесную фазу при комнатной температуре, тогда как в российской диаграмме 6-фаза испытывает распад на a-фазу и Pu3Ga при температуре ниже 100°С.

Различие возникло из-за того, что при температурах, близких к комнатной, диффузионные процессы в материалах сильно замедляются, и потому чрезвычайно трудно достичь истинного термодинамического равновесия. Для ускорения диффузионных процессов при низких температурах русские ученые проводили предварительную обработку сплавов плутония с галлием, чтобы некоторое количество 6-фазы плутония перевести в состояние а'-фазы. Затем они отжигали образцы в течение более

10 тысяч часов. Результаты экспериментов показали, что происходит диффузионный распад 6-фазы на a-фазу и Pu3Ga.

К сожалению, в свое время работа российских ученых не была принята на Западе, поскольку не было точного и подробного описания экспериментов. Статья “Рассказ о двух диаграммах” обеспечивает достаточную информацию, чтобы подтвердить достоверность результатов российских ученых и сделать известными широкой аудитории эксперименты, которые были проведены точно и тщательно.

Реакции на поверхности при атмосферных условиях

Хотя плутоний является высокоактивным материалом, скорость его окисления в очень сухом воздухе составляет лишь 20 пикометров в час (пм/ч) или менее 0,2 мкм в год. Причина заключается в том, что подобно алюминию металлический плутоний быстро пассивируется, образуя защитный слой из двуокиси плутония (PuO2) по всей поверхности образцов. Однако во влажном воздухе коррозия металлического плутония проходит со скоростью в 200 раз большей, чем в сухом воздухе при комнатной температуре и, что удивительно, в 100000 раз большей при температуре 100°С. Механизмы коррозии плутония, катализируемые водой, только недавно были объяснены Хашке и его коллегами. Они впервые показали, что сверхстехиометрический оксид плутония (Ри02+х, где х может достигать значения 0,26) образуется в присутствии воды, находящейся в состоянии пара или жидкости. В результате быстрого окисления адсорбированной водой на границе раздела газ - твердое тело образуется водород и формируется высшая форма оксида, катализирующая окисление.

Водород взаимодействует с металлическим плутонием с огромной скоростью. Он получает доступ к поверхности металла, проникая через слой диоксида по трещинам или местам разрушения оксида, приводя к очень неоднородному зарождению гидридов. Скорость образования гидридов экспоненциально возрастает по мере роста центров их зарождения. Как только вся поверхность металла покрывается слоем гидрида, реакция проходит очень быстро и при атмосферном давлении слой гидрида может расти с линейной скоростью, сопоставимой со скоростью проникновения водорода, составляющей 20 см/ч. Эта скорость в IO10 раз выше, чем скорость реакции окисления в сухой воздушной среде. Катализатором такой быстропротекающей реакции является формирование либо PuH , либо кубической формы полуторного оксида Pu2O3. Реакцию кислорода с плутонием, покрытым гидридом, также значительно усиливает PuHx, ускоряя ее в IO13 раз по сравнению с сухой воздушной средой.
Предыдущая << 1 .. 177 178 179 180 181 182 < 183 > 184 185 186 187 188 189 .. 222 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed