Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
ная энергия. На рис. 17 мы показываем такой расчет для 6-плутония и отмечаем, что большая часть свойств 6-плуто-ния в основном состоянии (равновесный объем и отличие по энергии от а-фазы) воспроизводится четырьмя локализованными электронами. В этой конфигурации полная энергия также является наименьшей. Хорошее согласие между теорией и экспериментом дает основание предположить, что 6-плутоний имеет уникальную электронную конфигурацию, которая ранее не обсуждалась: все множество 5f электронов является частично делокализованным и частично локализованным (Eriksson et al. 1999).
Выводы и перспективы
Мы очертили некоторые из наиболее интересных аспектов электронной структуры актиноидов и особенно то, как эта структура соотносится с химической связью и структурными свойствами. Мы доказываем, что наличие узкой 5f зоны, пересекаемой уровнем Ферми, является ключевой составляющей объяснения необычных структурных особенностей легких актиноидов. На основе исследования, проведенного в прошлом десятилетии, возникает представление о физике уникальных структур актиноидов. На его основе мы можем утверждать, что большая часть актиноидов при сжатии должна переходить в высокосимметричные структуры, а именно, в оцк структуру для урана, нептуния и плутония (Wills, Eriksson 1992, Soderlind et al. 1995). Это предсказание было недавно проверено для нептуния. Более обширная дискуссия по этим вопросам описана в недавней обзорной работе Седерлинда (1998).
Работа по низкотемпературным фазам легких актиноидов показывает, что теоретический формализм теории функционала плотности в приближениях ПЛП и ОГП воспроизводит многие свойства этих веществ в основном состоянии, такие как постоянные решеток, энергия образования (сцепления), структурные свойства, восприимчивость и упругие свойства. На наш взгляд, этот метод может затем составить основу теоретического моделирования других, более практических явлений в материалах, таких как процессы образования
сплавов, профили сегрегации, энергии образования дефектов и энергии границ зерен (гранул).
Кроме того, мы представили свидетельство того, что электронная конфигурация 6-плутония является уникальной для периодической таблицы. Уникальными являются не только структурные свойства плутония (например, низкосимметричная структура его a-фазы), но также его электронные свойства. Пока теория не достигнет большего успеха в объяснении сложной фазовой диаграммы плутония, существует необходимость в проведении экспериментальной работы с монокристаллами высокой чистоты. (Сравнение с первыми данными по фотоэмиссии на поликристаллических образцах а- и 6-плутония обнадеживает, но оставляет много вопросов, которые обсуждаются на с. 154.) Хорошее понимание фазовой диаграммы плутония, особенно его 6-фазы, может помочь ответить на вопрос о стабильности этой аллотропической модификации. При рассмотрении проблемы сопровождения ядерных запасов очень важно знать, находится стабилизированный примесями 6-плутоний в основном состоянии или в метаста-бильной фазе. Если это метастабильная фаза, важно знать скорость ее распада. Есть явные основания предполагать, что стабилизированный примесями 6-плуто-ний имеет ту же структуру, что и 6-плу-тоний, стабилизированный температурой. Есть также доказательство, что в стехиометрических соединениях плутония преобладает та же самая 5f связь, что и в 6-плутонии.
Мы применили нашу теорию к соединениям плутония с галлием Pu3Ga и PuGa и установили, что имеется хорошее согласие экспериментальных данных и результатов расчетов объемов и энергий, и снова с участием 5f электронов в четырех локализованных состояниях. В этой работе мы описали модель, представляющую электронные свойства 6-плутония. Хотя предложенная теория кажется хорошо работающей, нам надо рассмотреть другие параллельные попытки, направленные на описание свойств коррелированных электронов в этой аллотропической модификации плутония. Как уже упоминалось, эта работа может включать в себя теории,
основанные на приближении ФГ или динамической теории среднего поля.
В будущем будет важно иметь теоретические модели для расчета свободной энергии актиноидов в зависимости от температуры. Представленная здесь теория применима только при нулевой температуре. Однако включение температурных эффектов - это трудноразрешимая задача, и мы должны сделать некоторые упрощения. Есть возможность объединить существующие знания и опыт расчетов молекулярной динамики с опытом расчетов электронной структуры и полной энергии. В качестве альтернативы точные расчеты спектра фононов для различных аллотропических модификаций могут сделать возможным выполнение надежных расчетов свободной энергии в зависимости от температуры. При любом из указанных подходов можно достичь понимания структурных и электронных свойств различных аллотропических модификаций на фазовой диаграмме температура-давление для актиноидных элементов. Большое значение в будущей работе будет иметь также применение формализма существующей теории функционала плотности к более крупным системам, чтобы исследовать влияние примесей и профили сегрегации примесей, границы зерен и их влияние на свойства веществ и, наконец, структурное разупорядочение. Последнее из указанных исследований имеет особое значение, поскольку есть вероятность того, что без обращения к более сложной корреляции, чем та, которая в настоящее время существует в функционалах ТФП, локальные отклонения от глобальной структуры могут вызвать по крайней мере частичную локализацию в плутонии.
