Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Надыкто Б.А. -> "Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1" -> 89

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 .. 83 84 85 86 87 88 < 89 > 90 91 92 93 94 95 .. 222 >> Следующая


Большое число фазовых переходов в центре картины состояния актиноидов предполагает, что f-f взаимодействие сильно меняется при очень небольших изменениях межатомных расстояний, таких как изменения, порождаемые колебаниями решетки или нагреванием.

4 Согласно правилам Вигнера - Зейца радиальная волновая функция вверху зоны равна нулю на радиусе Вигнера - Зейца (радиус, который составляет примерно половину межатомного расстояния). Внизу зоны равна нулю производная от этой радиальной функции на том же самом радиусе.

110

Los Alamos Science Number 26 2000
Плутоний. Физика конденсированного вещества

Электрон-фононная связь также оказывается очень сильной в этих узких зонах. Можно даже предположить, что изменение f-f взаимодействий (и f-spd взаимодействий) в зависимости от температуры может привести к тому, что некоторые f орбитали станут локализованными по мере перехода плутония из а- в 6-фазу. Положение осложняется из-за нескольких различных межатомных расстояний в низкосимметричных структурах легких актиноидов (смотри кристаллическую структуру плутония на рис. 9). В отличие от фазовых превращений в переходных металлах, которые проходят простыми хорошо понятными способами, такими как путь Бейна (гцкоцк) или путь гцкгпу, отдельные превращения в плутонии (скажем, a ^ |3 или |3^у) трудно охарактеризовать. А весь путь из а-фазы в 6-фазу охарактеризовать еще труднее. Нам нужен более детальный анализ и много большее количество расчетов, чтобы разработать детали этих фазовых превращений. Ho мы действительно знаем, что короткое расстояние f-f взаимодействия в легких актиноидах и частичный переход от связи к локализации (а не к направленной связи) являются ключевыми моментами для лучшего понимания плутония.

Роль энтропии в фазовой устойчивости. Чтобы полностью понять устойчивость различных фаз в зависимости от температуры, мы должны выйти за пределы одноэлектронных методов. Вспомните, что эти методы определяют только внутреннюю энергию твердых тел (они описывают систему при T=O), тогда как фазовая устойчивость зависит от свободной энергии, которая есть сумма внутренней энергии и энтропийного члена. До сих пор теоретики не могли вычислять свободную энергию на основе первых принципов. Тем не менее мы можем сделать некоторые общие замечания о роли энтропии.

Для низкосимметричных структур легких актиноидов, которые имеют близкие функции плотности состояний

и, следовательно, близкие внутренние энергии, характер изменения внутренней энергии между различными фазами с низкой симметрией очень пологий. То есть фаза с низкой энергией находится

Отношение da

Рис. 15. Деформация по Бейну в типичных переходных металлах и при б^е-фазовом превращении плутония

Мы выполнили эти вычисления, изменяя отношение da в объемноцентрированной тетрагональной структуре, чтобы перейти из гцк в оцк фазу. Вычисленные значения внутренней энергии в зависимости от величины отношения da указывают направление, по которому следует твердое тело при превращении из гцк в оцк фазу. Ha рисунке показано, что путь Бейна для типичных переходных металлов (5d), таких как осмий и иридий, - крутой. У платины путь очень пологий, и мы используем его в качестве модели для пути плутония (красная пунктирная линия). Пологая впадина у гцк фазы платины и плутония приводит к мягким модам и большой энтропии. Тот факт, что в плутонии 6^8 превращение проходит через 6' (оцт) фазу, подразумевает, что путь по Бейну для плутония является достаточно плоским, чтобы б'-фаза была метастабильной по крайней мере при некотором значении da

в относительно плоской потенциальной яме, соединяющей ее с фазой с более высокой энергией. По этой причине она часто имеет очень мягкие (низкочастотные) моды колебаний в своем спектре фононов. Низкочастотные моды подразумевают наличие большого числа фононов на одну моду и, следовательно, большую энтропию. Например, энтропия является движущей силой в первых трех превращениях твердых фаз плутония (а в |3, |3 в у, Y в &)> в которых участвуют низкосимметричные структуры. (Последнее измерение фононов в

уране дало энтропию для урана. Смотри статью 44 Вибрационное смягчение а-урана” на с. 204.)

Превращение 6- в 8-фазу плутония происходит между двумя высокосимметричными структурами в соответствии со стандартным путем Бейна (гцк<-> оцк), наблюдаемым в большинстве переходных металлов. Обычно изменение внутренней энергии между кубическими структурами не является пологим. Однако экспериментальные данные указывают, что в плутонии этот путь является пологим. На рис. 15 показан путь Бейна для нескольких типичных переходных металлов и постулированный путь из 6-в 8-фазу плутония. Если путь внутренней энергии между фазами пологий и энтропия большая, диапазон устойчивости фазы может быть небольшим. А это именно такой случай, который мы наблюдаем при превращении 6-фазы плутония в є-фазу. 6-фаза остается устойчивой только в интервале 160°С, тогда как в типичных переходных металлах гцк фаза остается устойчивой в интервале температур около 1000°С, прежде чем станет оцк структурой. (Смотри статью ’’Упругость, энтропия и фазовая устойчивость плутония” на с. 210, где обсуждается, каким образом оценивать энтропию колебаний через измерение констант упругости.)
Предыдущая << 1 .. 83 84 85 86 87 88 < 89 > 90 91 92 93 94 95 .. 222 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed