Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Редакторы перевода сочли полезным дать в предисловии краткую аннотацию обзорных статей книги.
Первый том включает три раздела: “Историческое введение”, “Физика конденсированного состояния плутония”, “Старение плутония”.
В первом разделе представлена волнующая картина целой серии открытий первой половины XX века, которые привели к осуществлению цепной ядер-ной реакции деления, созданию ядерного оружия и промышленной ядерной энергетики. В увлекательной форме излагается история идей и их практического воплощения, рассмотрены основные особенности поведения плутония. Объективно показана история ядерного противостояния США и СССР в период холодной войны, преимущества использования ядерной энергии (фактор миллион) и радиационная опасность, отражены сегодняшние задачи, связанные с резким сокращением ядерного арсенала США и России, безопасным хранением
избыточного оружейного плутония, вопросы нераспространения ядерного оружия, демонтажа ряда ядерных объектов и очистки территорий от радиоактивности, подчеркивается необходимость объединения усилий США и России в решении задач ядерного разоружения.
В разделе дан анализ опасности плутония для здоровья людей. Разработка с самого начала появления плутония строгих норм обращения с ним обеспечила безопасность профессионалов и населения.
Второй раздел “Физика конденсированного состояния плутония” посвящен анализу фундаментальных свойств плутония с использованием как современных теоретических расчетов, так и результатов измерения различных характеристик плутония сложными физическими методиками.
Сложное поведение плутония объясняется наличием узкой зоны f электронов. Расчеты с использованием теории функционала плотности демонстрируют хорошие результаты для многих элементов и соединений, в том числе и для a-фазы плутония. Однако имеются большие проблемы с расчетным описанием других фаз плутония, и в первую очередь 6-фазы. В книге рассматриваются различные теоретические подходы, в частности делается попытка выхода за рамки одноэлектронного приближения в расчетах структуры 6-фазы плутония.
Полезная информация для понимания а- и 6-плутония получена при изучении электронной структуры методами фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС). Энергия вылетающего электрона при фотоэффекте определяется тем, в каком состоянии оказываются остающиеся в атоме электроны. Возможен целый спектр возбужденных состояний атома, который и будет определять интенсивность электронов с данной энергией при облучении образца монохроматическим ультрафиолетовым или рентгеновским излучением. Имеется большое сходство спектров ФЭС а- и 6-плутония.
В статье “Колебания атомов и плавление плутония” приводятся результаты исследований колебаний атомов в стабилизированной 6-фазе плутония методом нейтронной дифракции от поликристалла, которые показывают значительное смягчение мод колебаний при повышении температуры. В последнее время де-
VI
лаются попытки связать температурное изменение упругих модулей с изменением электронной структуры твердого тела при нагреве. Измерения на а-уране дали экспериментальное подтверждение смягчения мод колебаний за счет электронных возбуждений, а не за счет эффектов ангармоничности.
Очень важным представляется метод резонансной ультразвуковой спектроскопии, позволяющий с высокой точностью определять упругие модули материалов. Недавно проведенные измерения упругих модулей металлического плутония с точностью IO-6 позволили исследовать влияние старения плутония в реальном времени (в течение 250 ч). Эти результаты были представлены на конференции “Plutonium Futures - the Science, 2003”, Альбукерке, США.
В книге затрагивается важная технологическая проблема изготовления монокристаллов а- и 6-фаз плутония, которые необходимы для определения его важных физических свойств. Методом деформация-отжиг уже в 1976 году P. JI. Момент вырастил монокристалл достаточных размеров, чтобы провести измерения упругих констант 6-фазы плутония. Сейчас этот метод восстановлен и продолжает развиваться в JIAHJI.
В разделе “Старение плутония” помещены четыре статьи, которые освещают основные проблемы старения плутония и его 6-фазных сплавов: фазовую стабильность, коррозионную и радиационную устойчивость, и сделана попытка осмыслить процессы, сопровождающие старение.
Фазовую стабильность 6-фазных сплавов плутония отражают диаграммы состояния сплавов Pu-Al и Pu-Ga. В течение нескольких десятилетий существовало различие в начертании этих диаграмм, построенных российскими и западными учеными. Оно заключалось в различном прогнозе устойчивости 6-фазы. Западные исследователи утверждали, что гцк 6-фаза остается стабильной при комнатной температуре в области концентраций галлия от 2 до 9 ат. %, хотя границы 6-области проведены пунктиром. В российской диаграмме также показано, что 6-фаза стабилизируется галлием при комнатной температуре в том же интервале концентраций, но это состояние отражает метастабильное равновесие, хотя оно и может существовать очень длительное время. Термодинамически же равновесным состоянием сплавов является
