Allotropy plutonia - Allotropes of plutonium

Schéma allotropes z plutonium při okolním tlaku. Atomové objemy v kubických angstromy.
Fáze Krystalická struktura Hustota (g / cm3)
alfa (α) jednoduchá monoklinika 19.86
beta (β) monoklinika zaměřená na tělo 17.70
gama (γ) ortorombický na obličej 17.14
delta (δ) kubický střed 15.92
delta
prime (δ ') 		na tělo zaměřené tetragonální 16.00
epsilon (ε) centrovaný na tělo 16.51
[1]

Plutonium se vyskytuje v různých allotropes, a to i při okolním tlaku. Tyto alotropy se velmi liší v krystalové struktuře a hustotě; allotropy α a δ se při konstantním tlaku liší hustotou o více než 25%.

Přehled

Plutonium má normálně šest alotropů a tvoří sedmý (zeta, ζ) pod vysokou teplotou a omezeným tlakovým rozsahem.[1] Tyto alotropy mají velmi podobné energetické hladiny ale výrazně se liší hustoty a krystalové struktury. Díky tomu je plutonium velmi citlivé na změny teploty, tlaku nebo chemie a umožňuje následné dramatické změny objemu fázové přechody.[2] Na rozdíl od většiny materiálů, plutonia zvyšuje v hustotě, když se roztaví, o 2,5%, ale tekutý kov vykazuje lineární pokles hustoty s teplotou.[3] Hustoty různých alotropů se pohybují od 16,00 g / cm3 na 19,86 g / cm3.

Obrábění plutonia

Přítomnost těchto mnoha alotropů činí obrábění plutonia velmi obtížným, protože velmi snadno mění stav. Například fáze α existuje při teplotě místnosti v nelegovaném plutoniu. Má podobné obráběcí vlastnosti jako litina ale změny fáze β (beta fáze) při mírně vyšších teplotách. Důvody komplikovaného fázového diagramu nejsou zcela pochopeny; nedávný výzkum se zaměřil na konstrukci přesných počítačových modelů fázových přechodů. Fáze α má nízkou symetrii monoklinický struktura, tedy její špatná vodivost, křehkost, pevnost a stlačitelnost.[1]

Stabilizace

Plutonium ve fázi δ (delta fáze) normálně existuje v rozmezí 310 ° C až 452 ° C, ale je stabilní při pokojové teplotě, když legované s malým procentem galium, hliník nebo cer, což zvyšuje proveditelnost a umožňuje to být svařované v aplikacích zbraní. Fáze delta má typičtější kovový charakter a je zhruba stejně silná a tvárná jako hliník. Ve štěpných zbraních výbušnina rázové vlny slouží ke kompresi a jádro plutonia také způsobí přechod z obvyklého delutového fázového plutonia na hustší alfa fázi, což významně pomůže dosáhnout nadkritičnost.[4] The slitina plutonia a gália je nejběžnější δ stabilizovaná slitina.

Gallium, hliník, americium, skandium a cer může stabilizovat δ fázi plutonia pro pokojovou teplotu. Křemík, indium, zinek a zirkonium umožňují vznik metastabilního stavu δ při rychlém ochlazení. Vysoké množství hafnium, holmium a thalium také umožňuje udržovat část δ fáze při teplotě místnosti. Neptunium je jediným prvkem, který dokáže stabilizovat fázi α při vyšších teplotách. Titan, hafnium a zirkonium stabilizovat β fázi při pokojové teplotě při rychlém ochlazení.[2]

Fázový diagram plutonia (údaje z roku 1975)[5]
Detail fázového diagramu pro nižší tlaky

Reference

  1. ^ A b C Baker, Richard D .; Hecker, Siegfried S .; Harbur, Delbert R. (zima – jaro 1983). „Plutonium: válečná noční můra, ale metalurgický sen“ (PDF). Věda Los Alamos. Národní laboratoř Los Alamos: 148, 150–151.
  2. ^ A b Hecker, Siegfried S. (2000). „Plutonium a jeho slitiny: od atomů po mikrostrukturu“ (PDF). Věda Los Alamos. 26: 290–335.
  3. ^ Horník, William N .; Schonfeld, Fred W. (1968). "Plutonium". V Clifford A. Hampel (ed.). Encyklopedie chemických prvků. New York: Reinhold Book Corporation. str.544.
  4. ^ Fázové přechody plutoniových krystalů. Globalsecurity.org (2005-04-27). Citováno 2010-02-08.
  5. ^ David A. Young (11. září 1975). "Fázové diagramy prvků" (PDF). Laboratoř Lawrence Livermore.