Аллотропы плутония - Allotropes of plutonium
| Фаза | Кристальная структура | Плотность (г / см 3 ) |
|---|---|---|
| альфа (α) | простая моноклиника | 19,86 |
| бета (β) | боди-центрированная моноклиника | 17,70 |
| гамма (γ) | гранецентрированный ромбический | 17,14 |
| дельта (δ) | гранецентрированная кубическая | 15,92 |
простое дельта (δ ′) | Телоцентрированный тетрагональный | 16.00 |
| эпсилон (ε) | объемно-центрированная кубическая | 16,51 |
Плутоний присутствует во множестве аллотропов 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
Плутоний обычно имеет шесть аллотропов и образует седьмой (дзета, ζ) при высокой температуре и ограниченном диапазоне давлений. Эти аллотропы имеют очень похожие уровни энергии, но существенно различаются по плотности и кристаллической структуре . Это делает плутоний очень чувствительным к изменениям температуры, давления или химического состава и допускает резкие изменения объема после фазовых переходов . В отличие от большинства материалов, плутоний увеличивает плотность при плавлении на 2,5%, но жидкий металл демонстрирует линейное уменьшение плотности с температурой. Плотность разных аллотропов варьируется от 16,00 г / см 3 до 19,86 г / см 3 .
Обработка плутония
Присутствие этого большого количества аллотропов очень затрудняет механическую обработку плутония, так как он очень легко меняет состояние. Например, α-фаза существует при комнатной температуре в нелегированном плутонии. Он имеет характеристики обработки, аналогичные характеристикам обработки чугуна, но переходит в β-фазу ( бета-фазу ) при немного более высоких температурах. Причины сложной фазовой диаграммы не совсем понятны; Недавние исследования были сосредоточены на построении точных компьютерных моделей фазовых переходов. Α-фаза имеет низкосимметричную моноклинную структуру, отсюда ее плохая проводимость, хрупкость, прочность и сжимаемость.
Стабилизация
Плутоний в фазе d ( дельта - фазе ) , обычно существует в 310 ° С до 452 ° диапазона C , но является стабильным при комнатной температуре , когда легированный с небольшим процентом галлия , алюминия или церия , повышения обрабатываемости и позволяет ему быть сварен в оружейные приложения. Дельта-фаза имеет более типичный металлический характер и примерно такая же прочная и пластичная, как алюминий. В оружии деления взрывные ударные волны, используемые для сжатия плутониевого ядра , также вызовут переход от обычного плутония в дельта-фазе к более плотной альфа-фазе, что значительно способствует достижению сверхкритичности . Сплава плутоний-галлий является наиболее распространенным δ-стабилизированного сплава.
Галлий , алюминий , америций , скандий и церий могут стабилизировать δ-фазу плутония при комнатной температуре. Кремний , индий , цинк и цирконий допускают образование метастабильного δ-состояния 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.
_150_kbar_region.png)
.png)