Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Для исследования именно такой локальной структуры пригодна методика ТСРП. К сожалению, в течение нескольких лет нам не удавалось получить хорошо проконтролированные и аттестованные образцы сплавов 6-фазы плутония. Поэтому мы использовали те образцы, которые у нас были, когда мы занимались уточнением методики ТСРП для кристаллического плутония.
Анализируя десятки сплавов и сотни спектров ТСРП (в том числе сплавы плутония с различным содержани-
Number 26 2000 Los Alamos Science
359
ТСРП плутония
012345678
R - Ф (А)
Рис. 2. Фурье-преобразование для Pu-Ga 5-фазных сплавов Основные максимумы фурье-преобразования /(/?) соответствуют оболочкам атомов, окружающих атом-мишень. Высота максимума пропорциональна числу атомов в оболочке, но обратно пропорциональна квадрату расстояния от атома-мишени. Эта высота также уменьшается тепловым и статическим беспорядком в пределах локальной структуры. Первичные данные ТСРП содержат информацию о фазе, а также об амплитуде, поэтому x(R) не является непосредственным представлением фактической структуры. Из-за фазового сдвига ф, например, максимум x(R) обычно находится на 0,1-0,5 А ниже истинного межатомного расстояния. (Основной график). Большой пик вблизи R- ф = 3,1 А представляет первую оболочку атомов плутония, которая окружает каждый атом плутония в решетке гцк 5-фазы (эта оболочка содержит 12 атомов при 3,28 А). Относительно небольшой пик вблизи R- ф = 4,4 А соответствует 6 атомам при 4,64 А - второй оболочке гцк решетки. Пик при R - ф = 5,5 А является результатом нахождения 24 атомов в третьей оболочке при 5,68 А. Амплитуда этого пика обычно представляет наилучшую степень расширенной локальной упорядоченности. Максимумы при R - ф = 6,4 и 7,2 А соответствуют четвертой и пятой оболочкам. (Вставка слева). Показана зависимость первого пика от содержания галлия. (Вставка справа). Показан пик в области вблизи 3,8 А, указывающий на о-структуру
ем галлия, церия, индия, свинца и их комбинаций), мы получили следующие два взаимосвязанных результата: (I) В сплавах с низким содержанием растворенного элемента была очевидна определенная локальная структура. Эта структура, которую мы будем называть a-структурой, не свойственна гцк структуре 6-фазы. (2) а-структура имела тенденцию к исчезновению при старении в течение десяти и более лет. К сожалению, большой разброс в химическом составе образцов и их обработке не позволил получить однозначную характеристику a-структуры и представление об ее устойчивости.
Недавно мы завершили первое систематическое исследование тщательно изготовленных сплавов Pu-Ga с концентрацией галлия от 1,7 до 6,7 ат. %. Сплавы были получены методом дуговой плавки высокочистого плутония зонной очистки с галлием высокой чистоты. В результате чистота составила примерно 120 частей урана на миллион (ppm), при этом количество всех остальных металлических примесей в сумме было менее 100 ppm. Образцы были прокатаны до тонких листов (с промежуточными отжигами), гомогенизированы при 450 0C в течение 48 часов и подвергнуты электрополировке для
удаления оксидов с поверхности. Рентгеновский анализ тонких пластин, использованных для исследований ТСРП, подтвердил отсутствие каких-либо различимых фаз, кроме гцк 6-фазы. Нам еще предстоит подтвердить микроскопическую однородность распределения галлия, но мы ожидаем, что на микроуровне она должна быть достаточно высокой.
Некоторые измерения проводились при 300 К, хотя при таких температурах получить качественные данные очень трудно, поскольку из-за высокой термической мягкости а- и 6-фаз плутония возникают сильные колебания решетки (см. статью “Колебания атомов и плавление плутония” на с. 192). Большинство измерений проводилось при 90 и 35 К для уменьшения тепловых колебаний и, следовательно, диффузного теплового рассеяния. При низкой температуре также проще получить количественную оценку диффузного рассеяния, связанного с расположением в структуре атомов плутония и галлия (скорее, чем из тепловых колебаний). Основной трудностью в процессе проведения измерений при низких температурах является то, что 6-фаза в сплавах может превращаться в моноклинную а'-фазу.
На рис. 2 показано фурье-преобразо-вание одного из спектров края Lni плутония. (Фурье-преобразование является приближенным представлением средней локальной структуры вокруг поглощающего атома. Этапы анализа спектра ТСРП более подробно рассмотрены в статье “Методика ТСРП для исследования локальной структуры” на с. 424.) Наиболее заметным различием между фурье-преобразованием и тем, что получается при расчете гцк 6-структуры, является пик или разрешаемое плечо при R - ф ~ 3,75 А. Этот пик хорошо аппроксимируется в предположении оболочки плутония примерно при 3,8 А, что находится заведомо за пределами всех стандартных гцк соседей. Эта особенность была первым и самым явным признаком наличия локальной ст-структуры. Другой особенностью является Pu-Pu оболочка при 5,0 А, которая также не обнаруживается в гцк структуре 6-плутония.
Интерпретация расстояния Pu-Pu в 3,8 А является спорным вопросом, ПО-
