~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Arc.Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Номер скриншота №:
✰ 0C34BC1E39DE9A87DCFC1F0E0988AAA7__1714231560 ✰
Заголовок документа оригинал.:
✰ Plutonium–gallium alloy - Wikipedia ✰
Заголовок документа перевод.:
✰ Сплав плутоний-галлий - Википедия ✰
Снимок документа находящегося по адресу (URL):
✰ https://en.wikipedia.org/wiki/Plutonium-gallium_alloy ✰
Адрес хранения снимка оригинал (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/0c/a7/0c34bc1e39de9a87dcfc1f0e0988aaa7.html ✰
Адрес хранения снимка перевод (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/0c/a7/0c34bc1e39de9a87dcfc1f0e0988aaa7__translat.html ✰
Дата и время сохранения документа:
✰ 01.07.2024 07:30:56 (GMT+3, MSK) ✰
Дата и время изменения документа (по данным источника):
✰ 27 April 2024, at 18:26 (UTC). ✰ 

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Сервисы Ask3.ru: 
 Архив документов (Снимки документов, в формате HTML, PDF, PNG - подписанные ЭЦП, доказывающие существование документа в момент подписи. Перевод сохраненных документов на русский язык.)https://arc.ask3.ruОтветы на вопросы (Сервис ответов на вопросы, в основном, научной направленности)https://ask3.ru/answer2questionТоварный сопоставитель (Сервис сравнения и выбора товаров) ✰✰
✰ https://ask3.ru/product2collationПартнерыhttps://comrades.ask3.ru


Совет. Чтобы искать на странице, нажмите Ctrl+F или ⌘-F (для MacOS) и введите запрос в поле поиска.
Arc.Ask3.ru: далее начало оригинального документа

Сплав плутоний-галлий - Википедия Jump to content

Сплав плутония и галлия

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
(Перенаправлено из плутоний-галлиевого сплава )

Сплав плутония-галлия ( Pu-Ga ) — сплав плутония . и галлия , используемый в ямах для ядерного оружия , компонент ядерного оружия, где запускается цепная реакция деления Этот сплав был разработан в ходе Манхэттенского проекта .

Обзор [ править ]

Металлический плутоний имеет несколько различных твердых аллотропов . Фаза δ является наименее плотной и наиболее легко обрабатываемой. Он образуется при температуре 310–452 °С при давлении окружающей среды (1 атмосфера) и термодинамически нестабилен при более низких температурах. Однако плутоний можно стабилизировать в δ-фазе, легировав его небольшим количеством другого металла. Предпочтительный сплав представляет собой 3,0–3,5 мол.% (0,8–1,0 мас.%) галлия .

Pu–Ga имеет множество практических преимуществ: [1]

  • стабилен при температуре от −75 до 475 °C,
  • очень низкое тепловое расширение ,
  • низкая подверженность коррозии (4% от скорости коррозии чистого плутония),
  • хорошая литейность; поскольку плутоний обладает редким свойством: расплавленное состояние плотнее твердого, склонность к образованию пузырьков и внутренних дефектов уменьшается.

Использование в ядерном оружии [ править ]

Стабилизированная δ-фаза Pu–Ga пластична, ее можно раскатывать в листы и подвергать механической обработке обычными методами. Подходит для формования методом горячего прессования при температуре около 400 °C. Этот метод использовался для формирования первых ям для ядерного оружия.

Более современные ямы изготавливаются методом литья. Подкритические испытания показали, что характеристики кованого и литого плутония одинаковы. [2] [3] Поскольку при охлаждении происходит только переход ε-δ, отливать Pu-Ga проще, чем отливать чистый плутоний. [4]

δ-фаза Pu–Ga по-прежнему термодинамически нестабильна, поэтому существуют опасения по поводу ее поведения при старении. Между различными фазами существуют существенные различия в плотности (и, следовательно, объеме). Переход между δ-фазой и α-фазой плутония происходит при низкой температуре 115 °C и может быть достигнут случайно. Предотвращение фазового перехода и связанных с ним механических деформаций и последующих структурных повреждений и/или потери симметрии имеет решающее значение. При концентрации галлия менее 4 мол.% фазовый переход под давлением необратим.

Однако смена фаз полезна во время действия ядерного оружия. Когда реакция начинается, она создает огромное давление, порядка сотен гигапаскалей. В этих условиях δ-фаза Pu–Ga превращается в α-фазу, которая на 25% плотнее и, следовательно, более критична .

Эффект галлия [ править ]

Плутоний в своей α-фазе имеет низкую внутреннюю симметрию, вызванную неравномерностью связей между атомами, и больше напоминает (и ведет себя) керамику , чем металл . Добавление галлия делает связи более ровными, повышая стабильность δ-фазы. [5] Связи α-фазы опосредованы 5f-электронами оболочки и могут быть нарушены при повышении температуры или присутствии подходящих атомов в решетке, которые уменьшают доступное количество 5f-электронов и ослабляют их связи. [6] Сплав более плотный в расплавленном состоянии, чем в твердом, что дает преимущество при литье, поскольку снижается склонность к образованию пузырей и внутренних дефектов. [1] [7]

Галлий имеет тенденцию сегрегироваться в плутонии, вызывая «сердцевины» - богатые галлием центры зерен и границы зерен с низким содержанием галлия. Чтобы стабилизировать решетку, развернуть ее и предотвратить сегрегацию галлия, необходим отжиг при температуре чуть ниже фазового перехода δ–ε, чтобы атомы галлия могли диффундировать через зерна и создавать однородную структуру. Время достижения гомогенизации галлия увеличивается с увеличением размера зерна сплава и уменьшается с увеличением температуры. Структура стабилизированного плутония при комнатной температуре такая же, как и нестабилизированного при температуре δ-фазы, с отличием в атомах галлия, замещающих плутоний в ГЦК- решетке.

Присутствие галлия в плутонии означает его происхождение из оружейных заводов или снятого с эксплуатации ядерного оружия. Изотопная сигнатура плутония позволяет грубо идентифицировать его происхождение, метод производства, тип реактора, использованного при его производстве, и приблизительную историю облучения, а также сопоставить его с другими образцами, что имеет важное значение при расследовании ядерной контрабанды . [8]

Старение [ править ]

Существует несколько интерметаллических соединений плутония и галлия : PuGa, Pu 3 Ga и Pu 6 Ga.

При старении стабилизированного δ-сплава галлий отделяется от решетки, образуя области Pu 3 Ga (ζ'-фаза) внутри α-фазы с соответствующим изменением размеров и плотности и нарастанием внутренних напряжений. Однако при распаде плутония образуются энергичные частицы ( альфа-частицы и ядра урана-235 ), которые вызывают локальное разрушение ζ'-фазы и устанавливают динамическое равновесие при наличии лишь небольшого количества ζ'-фазы, что объясняет неожиданно медленное развитие сплава. изящное старение. [9] [10] Альфа-частицы улавливаются в виде межузельных атомов гелия в решетке, объединяясь в крошечные (диаметром около 1 нм) пузырьки, заполненные гелием, в металле и вызывая незначительный уровень разбухания пустот ; размеры пузырьков кажутся ограниченными, хотя их количество со временем увеличивается.

Добавление в сплав 7,5 мас.% плутония-238 , который имеет значительно более высокую скорость распада, увеличивает скорость повреждения от старения в 16 раз, что помогает в исследованиях старения плутония. Суперкомпьютер Blue Gene помог моделировать процессы старения плутония. [11]

Производство [ править ]

Сплавы плутония можно производить путем добавления металла в расплавленный плутоний. Однако если легирующий металл обладает достаточной восстановительной способностью, плутоний можно добавлять в виде оксидов или галогенидов. Сплавы плутоний-галлий и плутоний-алюминий с δ-фазой производятся путем добавления фторида плутония (III) к расплавленному галлию или алюминию, что позволяет избежать непосредственного контакта с высокореактивным металлическим плутонием. [12]

Переработка в МОХ-топливо [ править ]

Для переработки избыточных ям боеголовки в МОКС-топливо необходимо удалить большую часть галлия, поскольку его высокое содержание может мешать твэла оболочке (галлий разрушает цирконий) . [13] ) и с миграцией продуктов деления в топливные таблетки. В процессе ARIES ямки преобразуются в оксид путем преобразования материала в гидрид плутония , затем, при необходимости, в нитрид, а затем в оксид. Затем галлий в основном удаляется из смеси твердых оксидов путем нагревания при 1100 ° C в атмосфере, состоящей из 94% аргона и 6% водорода, в результате чего содержание галлия снижается с 1% до 0,02%. Дальнейшее разбавление оксида плутония при производстве МОХ-топлива доводит содержание галлия до уровня, который считается незначительным. мокрый способ удаления галлия с использованием ионного обмена . Также возможен [14] Электрорафинирование — еще один способ разделения галлия и плутония. [15]

История развития [ править ]

Во время Манхэттенского проекта (1942-1945 гг.) максимальное количество атомов-разбавителей, чтобы плутоний не влиял на эффективность взрыва, было рассчитано равным 5 мол.%. Были рассмотрены два стабилизирующих элемента: кремний и алюминий . Однако только алюминий давал удовлетворительные сплавы. Но склонность алюминия реагировать с α-частицами и испускать нейтроны ограничивала его максимальное содержание до 0,5 мол.%; следующий элемент из группы бора , галлий, был опробован и признан удовлетворительным. [16] [17] Первые секреты конструкции атомной бомбы, переданные Советам шпионом Клаусом Фуксом, включали трюк с галлием для стабилизации фаз плутония, и поэтому в первой советской атомной бомбе также использовался этот сплав. [18]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Перейти обратно: а б «Драма плутония» . Международная ядерная инженерия. 2005. Архивировано из оригинала 15 сентября 2010 г. Проверено 25 января 2010 г.
  2. ^ «Итальянские жеребцы и плутоний» . Джеффри . Проверено 25 января 2010 г.
  3. ^ «Оптическая пирометрия в подкритическом эксперименте Армандо» . Лос-Аламосская национальная лаборатория . Проверено 25 января 2010 г.
  4. ^ «Плутоний (Pu)» . Centurychina.com. Архивировано из оригинала 7 января 2010 года . Проверено 25 января 2010 г.
  5. ^ «Ученые решают давние вопросы о плутонии» . инновации-отчет. 2006 год . Проверено 25 января 2010 г.
  6. ^ Хеккер, Зигфрид С. (2000). «Плутоний и его сплавы» (PDF) . Лос-Аламос Сайенс (26) . Проверено 25 января 2010 г.
  7. ^ Дарби, Ричард. «Моделирование параметра решетки твердого раствора плутония-алюминия» (PDF) . Проверено 25 января 2010 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
  8. ^ Эдвардс, Роб (19 августа 1995 г.). «Делящиеся отпечатки пальцев» . Новый учёный . Проверено 25 января 2010 г.
  9. ^ Марц, Джозеф К.; Шварц, Адам Дж. «Плутоний: механизмы старения и оценка срока службы оружейной ямы» . Общество минералов, металлов и материалов. Архивировано из оригинала 3 марта 2016 г. Проверено 25 января 2010 г.
  10. ^ Вулфер, В.Г.; Удо, Б.; Баклет, Н. (2006). «Обратимое расширение стабилизированного галлием δ-плутония» . Журнал ядерных материалов . 359 (3): 185–191. Бибкод : 2006JNuM..359..185W . дои : 10.1016/j.jnucmat.2006.08.020 .
  11. ^ «Оружейный плутоний США изящно стареет» . Обзоры науки и технологий. Архивировано из оригинала 17 февраля 2013 г. Проверено 25 января 2010 г.
  12. ^ Муди, Кентон Джеймс; Хатчон, Ян Д.; Грант, Патрик М. (28 февраля 2005 г.). Ядерно-криминалистический анализ . ЦРК Пресс. ISBN  978-0-8493-1513-8 .
  13. ^ «Взаимодействие галлия с оболочкой из циркалоя» (PDF) . Национальный ресурсный центр Амарилло по плутонию. Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2012 г. Проверено 25 января 2010 г.
  14. ^ Тоевс, Джеймс В.; Берд, Карл А. «Галлий в производстве оружейного плутония и МОКС-топлива» . ИИЭЭ . Проверено 25 января 2010 г.
  15. ^ «Способ разделения плутония-галлия анодным растворением твердого сплава плутония-галлия» . Фрепатент . Проверено 25 января 2010 г.
  16. ^ «Первое ядерное оружие: часто задаваемые вопросы о ядерном оружии» . Проверено 25 января 2010 г.
  17. ^ «Доктор Смит едет в Лос-Аламос» (PDF) . РЕЗОНАНС. Июнь 2006 года . Проверено 25 января 2010 г.
  18. ^ «Драма плутония — Nuclear Engineering International» . www.neimagazine.com . Архивировано из оригинала 9 ноября 2021 года . Проверено 5 февраля 2022 г.
Arc.Ask3.Ru: конец оригинального документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0C34BC1E39DE9A87DCFC1F0E0988AAA7__1714231560
URL1:https://en.wikipedia.org/wiki/Plutonium-gallium_alloy
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Plutonium–gallium alloy - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть, любые претензии не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, денежную единицу можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)