Аллотропы плутония
| Фаза | Кристаллическая структура | Плотность (г/см 3 ) |
|---|---|---|
| альфа (α) | простая моноклиника | 19.86 |
| бета (β) | телецентрированная моноклиника | 17.70 |
| гамма (с) | гранецентрированный орторомбический | 17.14 |
| дельта (δ) | гранецентрированный куб | 15.92 |
| дельта простое (d ′ ) | телецентрированный тетрагональный | 16.00 |
| эпсилон (ε) | объемноцентрированный кубический | 16.51 |
Плутоний встречается в различных аллотропах даже при атмосферном давлении. Эти аллотропы сильно различаются по кристаллической структуре и плотности; аллотропы α и δ различаются по плотности более чем на 25% при постоянном давлении.
Обзор [ править ]
Плутоний обычно имеет шесть аллотропов и образует седьмую (дзета, ζ) при высокой температуре и ограниченном диапазоне давлений. [1] Эти аллотропы имеют очень схожие энергетические уровни , но значительно различаются плотностью и кристаллической структурой . Это делает плутоний очень чувствительным к изменениям температуры, давления или химического состава и допускает резкие изменения объема после фазовых переходов . [2] В отличие от большинства материалов, увеличивается на 2,5%, но жидкий металл демонстрирует линейное уменьшение плотности с температурой. плотность плутония при плавлении [3] Плотность различных аллотропов варьируется от 16,00 г/см. 3 до 19,86 г/см 3 .
Обработка плутония [ править ]
Присутствие многих аллотропов очень затрудняет обработку плутония, поскольку он очень легко меняет состояние. Например, α-фаза существует при комнатной температуре в нелегированном плутонии. Он имеет характеристики обработки, аналогичные чугуну , но переходит в β-фазу ( бета-фазу ) при несколько более высоких температурах. Причины сложной фазовой диаграммы не совсем понятны; недавние исследования были сосредоточены на построении точных компьютерных моделей фазовых переходов. Альфа-фаза имеет низкосимметричную моноклинную структуру, отсюда ее плохая проводимость, хрупкость, прочность и сжимаемость. [1]
Стабилизация [ править ]
Плутоний в δ-фазе ( дельта-фаза ) обычно существует в диапазоне от 310°C до 452°C, но стабилен при комнатной температуре, если его легировать небольшим процентом галлия , алюминия или церия , что улучшает обрабатываемость и позволяет сваривать его . применение оружия. Фаза δ имеет более типичный металлический характер и примерно такая же прочная и податливая, как алюминий. В оружии деления взрывные ударные волны, используемые для сжатия плутониевого ядра , также вызовут переход от обычного плутония δ-фазы к более плотной α-фазе, что существенно помогает достичь сверхкритичности . [4] Сплав плутоний -галлий является наиболее распространенным δ-стабилизированным сплавом.
Галлий , алюминий , америций , скандий и церий могут стабилизировать δ-фазу плутония при комнатной температуре. Кремний , индий , цинк и цирконий позволяют образовывать метастабильное состояние δ при быстром охлаждении. Большое количество гафния , гольмия и таллия также позволяет сохранить часть δ-фазы при комнатной температуре. Нептуний — единственный элемент, который может стабилизировать α-фазу при более высоких температурах. Титан , гафний и цирконий стабилизируют β-фазу при комнатной температуре при быстром охлаждении. [2]
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Бейкер, Ричард Д.; Хеккер, Зигфрид С.; Харбур, Делберт Р. (зима – весна 1983 г.). «Плутоний: кошмар военного времени, но мечта металлурга» (PDF) . Лос-Аламосская наука . Национальная лаборатория Лос-Аламоса: 148, 150–151.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Хеккер, Зигфрид С. (2000). «Плутоний и его сплавы: от атомов к микроструктуре» (PDF) . Лос-Аламосская наука . 26 : 290–335.
- ^ Майнер, Уильям Н.; Шонфельд, Фред В. (1968). "Плутоний". В Клиффорде А. Хэмпеле (ред.). Энциклопедия химических элементов . Нью-Йорк: Книжная корпорация Рейнхолда. п. 544 .
- ^ Фазовые переходы кристаллов плутония . Globalsecurity.org (27 апреля 2005 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.
- ^ Дэвид А. Янг (11 сентября 1975 г.). «Фазовые диаграммы элементов» (PDF) . Ливерморская лаборатория Лоуренса.