Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Одним из возможных подходов, более близких к примесным моделям, может быть расчет электронной структуры сплава, в котором используются два узла плутония: один с дополнительным кулоновским членом притяжения, а другой - без него. Такой самосогласованный расчет показал бы, действитель-
но ли произвольные узлы с локализованными f состояниями могут привести все f состояния к локализации во всех узлах. Физическим основанием для притягивающего члена может быть слабое экранирование ядерного заряда 5f состояниями, как это делается 4f состояниями в случае лантаноидного сжатия. Когда мы смотрим на новые модели б-фазы плутония, мы должны также рассматривать б-фазный стабилизированный сплав.
б-плутоний, стабилизированный галлием. Хотя никто не понимает электронную структуру б-плутония, специалисты все время работают с этой фазой плутония по программам разработки ядерного оружия. Действительно, секрет стабилизации этой фазы при комнатной температуре восходит еще к Манхэттенскому проекту. При комнатной температуре чистый плутоний должен находиться в состоянии хрупкой а-фазы, но, к счастью или к несчастью, один из самых первых образцов “высокой чистоты”, сделанный в рамках Манхэттенского проекта, имел достаточно примесей, чтобы стать пластичным. Таким образом, первопроходцы с самого начала знали, что они могут деформировать новый металл, придавая ему нужную форму. Скоро они поняли, что именно добавление нескольких процентов трехвалентного металла привело к сохранению высокотемпературной б-фазы плутония при комнатной температуре.
Ho почему добавление этих атомов должно стабилизировать фазу при чрезвычайно низкой плотности и желаемой ковкости? Ответ все еще не известен, мы можем только делать предположения. Картина распределения примесей предполагает, что атомы в произвольных узлах решетки создают сильное рассеяние, тем самым нарушая периодичность решетки и уничтожая когерентность зонных состояний. Применяя этот механизм к плутонию, мы могли бы сказать, что добавление атомов примеси, не содержащих f электроны, разрушило бы когерентность f зоны. Без узкой f зоны плутоний не может больше понижать свою энергию путем ослабления симметрии через искажение Пайерлса в a-фазе; он остается в б-фазе. Другое мнение заключается в том, что атомы плутония релаксиру-
ют и движутся по направлению к меньшего размера атомам без f электронов, сокращая f-f взаимодействия, которые стабилизируют a-фазу. Таким образом, твердое тело остается устойчивым в высокосимметричной гцк фазе даже при понижении температуры. В этой кубической структуре всего лишь 3 атомных процента алюминия или галлия, растворенных в плутонии (замещение одного атома плутония на атом галлия в каждом кубе со стороной из трех атомов), являются достаточным количеством, чтобы удерживать гцк структуру при комнатной температуре. Грубо говоря, любые атомы, растворимые в чистом б-плутонии при повышенной температуре и не имеющие f электронов, должны стабилизировать б-фазу при понижении температуры. (Как и плутоний, церий и америций имеют f электроны, но они также стабилизируют б-плутоний. Однако для получения представления о том, каким образом их более локализованные f электроны взаимодействуют с блуждающими Г электронами плутония, лучше обратиться к расчетам зон и сплавов, которые могут учитывать некоторые из этих эффектов.)
Обсуждение б-фазы плутония и других фаз выявляет сложность 5f связи в плутонии и ее влияние на металлургические свойства. Мы уверены, что усовершенствованные одно электронные методы наряду с новыми измерениями, проведенными с использованием новых методик, прояснят наше представление о связи во всех фазах плутония. Возможно, следует выйти за пределы средних корреляций электронов, присущих расчетам одноэлектронными методами, чтобы учитывать конкретные спиновые взаимодействия и конкретные взаимодействия между более локализованными и менее локализованными электронами, как это делается в расчетах двухэлектронной динамики, описанной в статье Купера.
Теперь оставим тему фазовых неустойчивостей, наименее понятный аспект поведения легких актиноидов, и обратимся к свойствам легких актиноидов при низких температурах. Недавно эти свойства были признаны похожими на свойства других веществ, имеющих коррелированные электроны при низких температурах.
116
Los Alamos Science Number 26 2000
4f La
5f Ac
3d Ca
4d
5d
Sr
Ba
Lu
Частично заполненная оболочка
Плутоний. Физика конденсированного вещества Магнетизм
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No
Sc Ti
Zr
V Cr Mn Fe Co Ni
Hf
Nb
Ta
Mo
W
Tc
Re
Ru
Os
Rh
Ir
Pd
Pt
Ag
Au
Lu
Lr
Cu Zn
Cd
Hg
Сверхпроводимость Рис. 19. Новый взгляд на f и d элементы периодической таблицы
Периодическая таблица перестроена так, что редкоземельные элементы, или лантаноиды, располагаются в верхней строке, актиноиды - во второй строке, а переходные элементы с d электронами - под ними. Большинство металлов имеют предсказуемые основные состояния и становятся сверхпроводниками (синий цвет) или магнитами (красный цвет) по мере понижения температуры. Однако низкотемпературные металлические свойства элементов, расположенных вдоль диагонали, объяснить трудно, так как их f и d валентные электроны балансируют между локализацией и блужданием
