Аллотропы плутония - Allotropes of plutonium
| Фаза | Кристальная структура | Плотность (г / см3) |
|---|---|---|
| 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 |
| дельта простое число (δ ′) | Телоцентрированный тетрагональный | 16.00 |
| эпсилон (ε) | объемно-центрированный кубический | 16.51 |
Плутоний встречается во множестве аллотропы, 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.[1] У этих аллотропов очень похожие уровни энергии но значительно различаются плотности и кристаллические структуры. Это делает плутоний очень чувствительным к изменениям температуры, давления или химического состава и допускает резкие изменения объема после фазовые переходы.[2] В отличие от большинства материалов, плутоний увеличивается плотность при плавлении увеличивается на 2,5%, но жидкий металл показывает линейное уменьшение плотности с температурой.[3] Плотность разных аллотропов колеблется от 16,00 г / см3 до 19,86 г / см3.
Обработка плутония
Присутствие этого множества аллотропов очень затрудняет обработку плутония, так как он очень легко меняет состояние. Например, α-фаза существует при комнатной температуре в нелегированном плутонии. Он имеет характеристики обработки, аналогичные чугун но переходит в фазу β (бета-фаза) при несколько более высоких температурах. Причины сложной фазовой диаграммы не совсем понятны; Недавние исследования были сосредоточены на построении точных компьютерных моделей фазовых переходов. Α-фаза имеет низкую симметрию. моноклинический структура, отсюда его плохая проводимость, хрупкость, прочность и сжимаемость.[1]
Стабилизация
Плутоний в δ-фазе (дельта-фаза) обычно существует в диапазоне от 310 ° C до 452 ° C, но стабильна при комнатной температуре, когда легированный с небольшим процентом галлий, алюминий, или же церий, повышая работоспособность и позволяя сваренный в оружейных приложениях. Дельта-фаза имеет более типичный металлический характер и примерно такая же прочная и пластичная, как алюминий. В оружии деления взрывчатка ударные волны используется для сжатия плутониевое ядро также вызовет переход от обычного плутония в дельта-фазе к более плотной альфа-фазе, что значительно поможет достичь сверхкритичность.[4] В плутоний-галлиевый сплав является наиболее распространенным δ-стабилизированным сплавом.
Галлий, алюминий, америций, скандий и церий может стабилизировать δ-фазу плутония при комнатной температуре. Кремний, индий, цинк и цирконий допускают образование метастабильного δ-состояния при быстром охлаждении. Большое количество гафний, гольмий и таллий также позволяет сохранить часть δ-фазы при комнатной температуре. Нептуний является единственным элементом, который может стабилизировать α-фазу при более высоких температурах. Титана, гафний и цирконий стабилизировать β-фазу при комнатной температуре при быстром охлаждении.[2]
Рекомендации
- ^ а б c Бейкер, Ричард Д .; Hecker, Siegfried S .; Харбур, Делберт Р. (зима – весна 1983 г.). «Плутоний: военный кошмар, но мечта металлурга» (PDF). Лос-Аламос Сайенс. Лос-Аламосская национальная лаборатория: 148, 150–151.
- ^ а б Хеккер, Зигфрид С. (2000). «Плутоний и его сплавы: от атомов до микроструктуры» (PDF). Лос-Аламос Сайенс. 26: 290–335.
- ^ Miner, William N .; Шонфельд, Фред В. (1968). "Плутоний". В Клиффорде А. Хэмпеле (ред.). Энциклопедия химических элементов. Нью-Йорк: Reinhold Book Corporation. п.544.
- ^ Фазовые переходы в кристалле плутония.. Globalsecurity.org (27 апреля 2005 г.). Проверено 8 февраля 2010.
- ^ Дэвид А. Янг (11 сентября 1975 г.). «Фазовые диаграммы элементов» (PDF). Ливерморская лаборатория Лоуренса.