Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Хотя мы и установили, что средняя длина связи Pu-Pu примерно на 0,13 А больше длины связи Ga-Pu, измерения ТСРП плутония и галлия показывают, что длины связей ближайших соседей остаются практически неизменными при изменении концентрации галлия. Уменьшение параметра решетки отражает тот факт, что при увеличении концентрации галлия доля более коротких связей Ga-Pu увеличивается. Эти результаты очень сходны с результатами, полученными (Mikkelson, Boyce 1983) для твердых растворов GaInAs.
Number 26 2000 Los Alamos Science
361
ТСРП плутония
012345678
R - Ф (А)
Рис. 3. Фурье-преобразование ТСРП галлия
Сравнение ТСРП галлия для трех сплавов показывает небольшое изменение длины связи Ga-Pu в зависимости от концентрации галлия. Все образцы исследовались при 35 К. Амплитуды фурье-пре-образования приведены в одинаковом масштабе
Поведение галлия и других растворенных элементов в процессе старения
Плутоний радиоактивен, следовательно, он постоянно облучает сам себя. Как отмечается в статье “Старение плутония и его сплавов” на с. 240, из-за постоянного выделения энергии в веществе в связи с самооблучением фазовая устойчивость и свойства сплавов плутония могут изменяться. Например, исследования самооблучения при криогенных температурах показывают значительное уменьшение (порядка 15% в течение нескольких тысяч часов) плотности сплавов 6-фазного плутония при 4,2 К. С другой стороны, эти сплавы немного расширяются (от 0,01 до 0,1% в год, по крайней мере, в течение первых нескольких лет) при обычной температуре. Такое поведение нам непонятно.
Известно, что при самооблучении образуется множество пар Френкеля (атомов внедрения плутония и вакансий), и повреждение решетки, в свою очередь, может повлиять на распределение элементов, стабилизирующих 6-фазу, таких как галлий. Кроме того, при самооблучении образуются продукты трансмутации изотопов (такие как гелий, америций, нептуний и уран),
которые сами могут потенциально влиять на термодинамическую устойчивость этих сплавов. Например, хорошо известно, что америций является стабилизатором 6-фазы, в то время как уран дестабилизирует 6-фазу, а нептуний является единственным известным стабилизатором a-фазы. Кроме того, образование вакансий и гелия может повлиять на скорости диффузии плутония и растворенных элементов в 6-фазных сплавах.
Мы исследовали небольшое число а- и 6-фазных сплавов плутония, состаренных при обычной температуре в течение 36 и менее лет. На рис. 4(a) показаны результаты рентгеноструктурного анализа для двух таких образцов при проведении синхротронных экспериментов. В состаренном 6-фазном сплаве Pu с 3,3 ат. % Ga выявлена лишь ожидаемая гцк фаза с резкими дифракционными пиками, которые указывают на очень небольшое нарушение кристаллической решетки. Образцы из а-фазно-го чистого плутония имеют ожидаемую моноклинную структуру также с высокой степенью кристалличности. Результаты показывают, что большая часть повреждений, связанных с самооблучением, у а- и 6-фазного плутония отжигается (или “залечивается”) при ком-
натной температуре. Признаки того, что образцы становятся аморфными, отсутствуют. Однако на основании рентгеноструктурного анализа мы не можем сказать, происходит ли какая-либо перегруппировка легирующих элементов. He дает он и информации о расположении продуктов превращения изотопов в кристаллической решетке.
Сравнивая при измерениях ТСРП свежие и старые образцы, можно получить представление о причинах изменений локальной структуры в процессе старения. Нам особенно хотелось бы проследить за поведением галлия по мере старения плутония. К настоящему времени мы исследовали некоторое число состарившихся сплавов плутония и сравнили их со вновь приготовленными образцами. Поскольку возраст некоторых старых образцов исчисляется десятилетиями, мы не могли воспроизвести историю их обработки. Новые образцы могли лишь примерно соответствовать старым сплавам по химическому составу. Однако начальное содержание примесей в этих сплавах обычно превышало 1000 частей на миллион по массе по сравнению с уровнем примесей в несколько сотен частей на миллион новых образцов (в процессе старения поступают и дополнительные примеси за счет превращения атомов плутония). Нам хочется поделиться результатами предварительных научных наблюдений.
Во-первых, мы установили, что локальная a-структура обнаруживает тенденцию к исчезновению в процессе старения, что видно из рис. 4(6). Мы не обнаружили локальной структуры ни в новых, ни в старых образцах сплавов низкой чистоты при концентрации галлия выше 3,3 ат. %. Во-вторых, в то время как образцы низкой чистоты - Pu с 1,7 ат. % Ga - явно имели значительные объемы локальной структуры, более новые образцы более высокой чистоты показали намного меньший объем такой структуры.
Результаты ТСРП позволили нам сделать вывод о том, что при старении может изменяться локальная структура и это может оказывать стабилизирующее влияние на гцк 6-фазу. Однако результаты являются предварительными. В JIoc-Аламосской и Ливерморской национальных лабораториях планируется
