Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
12 нм 10 мкм
° °о О ° °
о
о о
086кэВ ґ~\ 5 МэВ ^ О
-—уу--------------^©°
00 О
о О 265 naP Френкеля
0O о Размер каскада - 0,8 мкм
О °
2290 пар Френкеля Пара I О Вакансия
Размер каскада-7,5 нм Френкеля Интерстиция или атом внедрения
Благодарности
Многие из кратко описанных здесь ценных идей появились при участии авторов следующих статей: А. М. Боринг и Дж. JI. Смит “Плутоний. Физика конденсированного вещества”; Дж. М. Уилс и О. Эриксон “Свойства актиноидов в основном состоянии”; Д. JI. Кларк “Сложность химического поведения плутония”; В. X. Рунде “Химические взаимодействия актиноидов в окружающей среде”; Дж. М. Хашке, Т. Н. Аллен и JI. А. Моралес “Химия поверхностных явлений и коррозии плутония” и В. Г. Уолфер “Радиационные эффекты в плутонии”.
Эти красные огоньки - небольшие кусочки металлического плутония, самопроизвольно загоревшиеся в воздухе в статических условиях
При а-распаде ядра плутония урановое ядро отдачи и ядро гелия выбивают атомы плутония из узлов решетки. Смещенные атомы плутония приходят в состояние покоя в междоузлиях, оставляя за собой вакансии в решетке. Каждый смещенный атом плутония создает пару Френкеля, состоящую из вакансии и атома внедрения. При каждом акте распада создается более 2 ООО пар Френкеля. Размер каскада - это объем, занимаемый парами Френкеля, созданными в процессе определенного акта распада
Number 26 2000 Los Alamos Science
23
Плотность плутония (г/см3)
Исторический обзор
ПРОБЛЕМЫ ПЛУТОНИЯ
Сопровождение запасов ядерного оружия
22
20
18
16
14
12
10
¦ Лос-Аламос • Металлургическая лаборатория, Чикагский университет
• !• • •
_L
_L_
-L
-L
-L
-L
-L
Окт Ноя Дек Янв Фев Март Anp Май h-----1943------4-------------1944------------ч
Различия в плотности плутония были непонятны химикам и металлургам, работавшим по Манхэттенскому проекту, пока примерно в середине 1944 года они не установили, что у плутония имеется не менее пяти аллотропических фаз в диапазоне от комнатной температуры до точки плавления
Выдвигая проблему и подразумевая под этим изучение процесса старения плутония и решение соответствующих задач, мы столкнулись сегодня с намного более трудной проблемой - старением нашего технического персонала. Поскольку наука о плутонии чрезвьиайно сложна, мы только сейчас начинаем понимать ее на фундаментальном уровне. Поэтому до сих пор наш подход был в большой степени эмпирическим. Ho опыт приходит с практикой, а те, у кого накоплен опыт, к сожалению, стареют. Мы можем оказаться лишенными их опыта и совета, прежде чем получим более основательное представление о плутонии, - то, что легче передавать и поддерживать длительное время.
Центральная часть из плутония является сердцем бомбы. Изготовление первых центральных частей в ходе реализации Манхэттенского проекта было демонстрацией силы. В 1944-1945 годах, когда накопленное количество плутония составляло от нескольких граммов до килограммов, было установлено, что этот металл не только является необычным, но и опасен для тех, кто имеет с ним дело. Этот таинственный новый элемент был изучен вполне достаточно, чтобы химики и металлурги смогли переводить реакторный продукт в металл. Впоследствии они научились очищать его, получать сплавы (чтобы можно было стабилизировать и изготавливать из него изделия определенной формы), покрывать оболочкой (чтобы можно было держать его в руках) и достаточно долго сохранять его, чтобы потом взорвать плутониевую бомбу в опыте Тринити и в Нагасаки.
В последующие 50 лет ученые Лос-Аламоса и многие другие ученые во всем мире пытались разгадать тайны плутония. К счастью, многие из великих академических ученых, привлеченных к работе по реализации Манхэттенского проекта, продолжали участвовать в работах, проводимых в Лос-Аламосе. Многие профессора проводили свои летние отпуска в Лос-Аламосе и направляли лучших выпускников на работу в Лабораторию. Вилли Захариазен, возможно лучший специалист в области кристаллографии всех времен, приехал после окончания Чикагского университета и продолжил исследования плутония, которые он проводил в военное время. В результате он расшифровал невероятно сложную моноклинную структуру а-фазы.
Казалось, чем больше мы узнавали о плутонии, тем загадочнее становились его тайны. Чувствительность плутония к нагреву сочеталась с аналогичной чувствительностью к приложению давления и легированию химическими элементами. Фактически оказалось, что плутоний меняет фазовый состав при малейшем воздействии и превращения в нем проходят по всем механизмам, известным ученым.
С 50-х по 70-е годы металлургам, химикам и инженерам Лос-Аламоса, Ливермора и Роки Флэте удалось извлечь максимальную информацию из международных научных работ по плутонию, благодаря чему сформировалась программа секретных научно-исследовательских работ в США. При реализации этой программы были получены достаточные сведения, чтобы можно было разрабатывать все более сложные физические конструкции зарядов с непрерывно возрастающим отношением “мощность-вес”. На самом деле, стимул к совершенствованию конструкции был настолько сильный, что прогресс в этой области намного опередил наши достижения в фундаментальных исследованиях плутония. В результате большинство техни-
