Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
при довольно слабом сотрудничестве. У этих двух групп специалистов нет даже общего языка. Например, они не могут прийти к согласию в том, как называть фазовое изменение - физики предпочитают “переход”, металлурги используют термин “превращение”. Более того, поведение плутония противоречит традиционным металлургическим принципам. Разгадка тайн плутония требует тесного сотрудничества физиков, металлургов и химиков. Металлурги должны научиться понимать сложность электронных связей, особенно роль 5f электронов. Физики должны создать достаточно полную систему оценки роли микроструктуры и кристаллических дефектов в определении технических свойств плутония. При написании этой и связанной с ней статьи по механическим свойствам в мои намерения входило навести мосты между двумя группами исследователей и дополнить весьма информативные статьи по физике конденсированного вещества, представленные в томе 1 данной книги.
5f электроны для металлургов
С позиций фундаментальной науки свойства твердых тел определяются их электронной структурой. Благодаря трудоемкой работе специалистов мы получили довольно хорошее представление об электронных структурах, начиная от простых щелочных до более сложных переходных и редкоземельных (лантаноидных) металлов. Сегодня актиноиды находятся на границе теории об электронной структуре. Современное состояние исследований атомов и молекул актиноидов отражено в статьях “Сложность химического поведения плутония” (с. 366) и “Численные исследования химиических свойств актиноидов” (с. 384); по металлам эти вопросы рассматриваются в статьях “Плутоний. Физика конденсированного вещества” (с. 90), “Свойства актиноидов в основном состоянии” (с. 131) и “Возможная модель 6-плутония” (с. 156). В данном разделе я обобщил те идеи (как старые, так и новые), которые являются наиболее важными для металлургов, чтобы понять необычное поведение плутония и его сплавов.
Температура (°С)
Рис. 2. Преимущества легирования плутония
Нелегированный плутоний и сплавы Pu-Ga расширяются при затвердевании с образованием оцк в-фазы, которая также расширяется, когда превращается в 6-фазу. Однако при охлаждении плутониевые сплавы не испытывают огромной усадки, как нелегированный плутоний. По мере охлаждения до комнатной температуры они лишь слегка сжимаются, поскольку остаются в 6-фазе, не испытывая превращения в у-, |3- и с/.-фазы. С увеличением содержания галлия в сплаве незначительно повышаются температуры плавления и 6 -*є превращения
Таблица I. Сравнение некоторых свойств плутония в а- и 6-фазах
Свойство а-плутоний (нелегированный) 6-плутоний (1,8 ат. %Ga)
Кристаллическая структура Простая моноклинная гцк
Плотность (г/см3) 19,86 15,8
Коэффициент линейного термического расширения (10-6 К-1) 53 3
Термическая стабильность: при нагревании при охлаждении Превращение в (3-фазу при 123 0C Стабилен Превращение в 6+в при -500 0C Превращение в а' при -75 0C
Устойчивость по давлению: гидростатическое сжатие гидростатическое растяжение Устойчив до >50 кбар Превращение в 6 при -3,5 кбар Превращение в а' при 2,7 кбар Устойчив
Модуль Юнга (ГПа) 100 -40
Коэффициент Пуассона 0,15 0,26
Сжимаемость (ГПа-1) 0,020 0,033
Предел текучести (МПа) - 68
Предел прочности при растяжении (МПа) 425 100
Общее удлинение <0,1% -35%
Электрическое удельное сопротивление (0м-см-10_6) 145 100
Теплопроводность [кал/(см-с-К)] 0,010 -0,026 (3,4 ат. % Ga)
Number 26 2000 Los Alamos Science
295
Плутоний и его сплавы
Необычные свойства плутония
1
Термическое расширение плутония
Низкая температура плавления
Контуры плотности заряда в (/.-плутонии
-TV*
Удельное сопротивление
Плутоний имеет шесть аллотропических фаз, то есть шесть различных кристаллических структур, и седьмую - под давлением.
Энергетические уровни аллотропических фаз очень близки, поэтому плутоний очень чувствителен к изменениям температуры, давления и химического состава.
Плотности фаз значительно различаются, что приводит к большим изменениям объема, сопровождающим фазовые превращения.
Кристаллическая структура фаз, существующих в области комнатной температуры, является низкосимметричной, что более типично для минералов, чем для металлов.
Из шести аллотропических фаз гранецентрированная кубическая фаза (плотноупакованная атомная структура) имеет наименьшую плотность. Плутоний расширяется при затвердевании из расплава, подобно тому как лед расширяется при замерзании воды.
Имеет низкую температуру плавления.
8. Жидкий плутоний вблизи точки плавления имеет очень большое поверхностное натяжение и самую высокую вязкость из всех известных металлов.
9. Диффузия в области наиболее высокотемпературной твердой фазы (оцк г-фа-за) является аномально высокой.
10. Колебания решетки плутония очень мягкие и сильно нелинейные.
11. Низкосимметричные фазы имеют очень высокий положительный коэффициент термического расширения.
3.
4.
5.
7.
Высокая магнитная восприимчивость
Химия комплексов плутония
Данные фотоэлектронной спектроскопии
