Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку легирование имеет существенно нелинейное влияние на реструктуризацию основного состояния, при зарождении центров кристаллизации в локализованных узлах путем добавления галлия, по-видимому, создается лавинный эффект, при котором устойчивые f5 (орто) узлы плутония будут образовываться в случайных местах и затем нарушать когерентность f связей между (пара) узлами, f электроны которых флуктуируют между f4 и f5. В работе (Faure et al. 1996), посвященной обобщенной тонкой структуре рентгеновского поглощения (ОТСРП) и рентгеновской дифракции, представлены межатомные расстояния галлий-плутоний и плутоний-плутоний по мере изменения содержания галлия от 1,89 до 10,43 (ат. %). Длина связи галлий-плутоний всегда меньше длины связи плутоний-плутоний, но разность между ними имеет минимум вблизи 7,7 ат. % Ga, что соответствует одному атому галлия на каждые 12 атомов плутония (см. рис. 7). Форе с сотрудниками утверждают, что им непонятно, почему тогда существенно уменьшается длина связей (то есть уменьшается длина связи галлий-плутоний относительно длины связи плутоний-плутоний) при увеличении содержания галлия от 7,7 до 10,4 ат. %. Лавинный эффект мог бы дать объяснение, поскольку он усиливает влияние центров кристаллизации галлия при разрушении связей плутоний-плутоний. Стабилизирующий эффект в расчете на атом галлия зависит как от уменьшения гибридизации, так и от нарушения когерентности связей плутоний-плутоний. Следовательно, поскольку при увеличении концентрации галлия уменьшается когерентная гибридизация в расчете на атом плутония, достигается порог спонтанного образования устойчивых локализованных ґ5-узлов плутония (в этот момент произошло бы спонтанное сильное магнитное упорядочение, если бы узлы галлия не препятствовали магнитному связыванию узлов плутония). Мы предполагаем, что добавление галлия в количестве более 7,7 ат. % приводит к образованию орто-узлов и дальнейшей стабилизации системы.
600
500
400
CD
1=
CD
200
100
у / / 5-Pu / ч/ / Y-PrU /
~ — V (3-Pu I / /фаза блФУ 5-плутония у (фаза типа твердого раствора)
I/ //////
а-Ри \/ \ Ay////
\ <///////
-а-Ри / / Фаза связывания Z _ Z, 5f электронами ( (
2 4 6
Галлий (ат. %)
Снижение температуры плавления плутония. Как этот физический процесс связан с аномальным поведением при плавлении плутония и нептуния? Температура плавления плутония равна 913 К, а нептуния - элемента, непосредственно предшествующего плутонию в периодической таблице, - 912 К. Эти температуры на 500-600 К меньше температур плавления их непосредственных соседей - урана и америция и намного меньше температур плавления других актиноидов. Сублимация соответствует полному разрыву связей - то есть разрушается когерентное связывание (делокализация) в твердом теле за счет валентных электронов и электронов переходной оболочки. Следовательно, ввиду того, что поведение при плавлении отражает поведение, ожидаемое при сублимации, плавление можно считать фазовым переходом, связанным с локализацией Андерсона, поскольку при нагреве твердого тела создается достаточное количество дефектов, чтобы обеспечивалось критическое рассеяние. Фазовый переход СЛФУ отвечает плавлению при условии потери 5f связывания. Поскольку температура перехода в 6-плутоний соответствует увеличению конфигурационной энтропии, необходимой для создания противовеса 5f связыванию, то эта температура (592 К) также должна достаточно хорошо соответствовать уменьшению температуры плавления. (Наличие разупорядочивания, обеспечиваемого орто-пара твердым раствором, означает, что требуется соответственно меньшее количество дополнительных термических дефектов решетки для локализации Андерсона при плавлении. Переходы в моноклинную (5-фазу при 395 К и в орто-ромбическую у-фазу при 479 К можно считать процессами частичного плавления 5f связей.) Если принять эту картину для нептуния, можно рассматривать переход от орторомбической a-фазы к тетрагональной (5-фазе при 553 К (в этом переходе изменение атомного объема составляет около 6%) как соответствующий 5f плавле-
Рис. 6. Схематическое представление фазовой диаграммы сплавов плутония с галлием
По мере увеличения концентрации галлия уменьшается гибридизация f электронов узкой f зоны а-плутония. B результате происходит самоиндуцированная локализация Андерсона, приводящая к образованию частично локализованной фазы СЛФУ (заштрихованная область) в высокотемпературных фазах плутония
Number 26 2000 Los Alamos Science
167
Возможная модель 6-плутония
Рис. 7. Межатомные расстояния в сплавах плутония с галлием в 6-фазе
Эти данные по длинам связей плутоний-плутоний и плутоний-галлий получены с использованием двух дополняющих друг друга методик: спектроскопии тонкой структуры рентгеновского поглощения (ОТСРП) и рентгеновской дифракции.
Также показано поведение упорядоченного соединения Pu3Ga. Для сравнения приведен линейный график закона Вегарда. Уменьшение длины связи плутоний-галлий при концентрациях галлия выше 7,7 ат. % можно объяснить образованием орто-узлов в фазе СЛФУ.
