Alotropy plutonu

Diagram alotropów plutonu pod ciśnieniem otoczenia . Objętości atomowe w angstremach sześciennych .

Faza	Struktura krystaliczna	Gęstość (g/cm ³ )
alfa (α)	prosty jednoskośny	19.86
beta (β)	jednoskośny skoncentrowany na ciele	17.70
gamma (γ)	romb rombowy skoncentrowany na twarzy	17.14
delta (δ)	sześcienny wyśrodkowany na twarz	15.92
delta pierwsza (δ ′ )	czworokąt skoncentrowany na ciele	16.00
epsilon (ε)	sześcienny wyśrodkowany na ciele	16.51

Pluton występuje w różnych odmianach alotropowych , nawet pod ciśnieniem atmosferycznym. Te alotropy różnią się znacznie strukturą krystaliczną i gęstością; alotropy α i δ różnią się gęstością o ponad 25% przy stałym ciśnieniu.

Przegląd

Pluton ma zwykle sześć alotropów i tworzy siódmy (zeta, ζ) w wysokiej temperaturze i ograniczonym zakresie ciśnienia. Te alotropy mają bardzo podobne poziomy energii , ale znacznie różnią się gęstością i strukturą krystaliczną . To sprawia, że pluton jest bardzo wrażliwy na zmiany temperatury, ciśnienia lub chemii i pozwala na dramatyczne zmiany objętości po przemianach fazowych . W przeciwieństwie do większości materiałów, pluton zwiększa gęstość, gdy się topi, o 2,5%, ale ciekły metal wykazuje liniowy spadek gęstości wraz z temperaturą. Gęstości różnych alotropów wahają się od 16,00 g/cm3 ^do 19,86 g/ ^cm3 .

Obróbka plutonu

Obecność tych wielu alotropów bardzo utrudnia obróbkę plutonu, ponieważ bardzo łatwo zmienia on stan. Na przykład faza α występuje w temperaturze pokojowej w niestopowym plutonie. Ma właściwości skrawania podobne do żeliwa , ale przechodzi w fazę β ( fazę beta ) w nieco wyższych temperaturach. Przyczyny skomplikowanego diagramu fazowego nie są do końca zrozumiałe; ostatnie badania koncentrowały się na konstruowaniu dokładnych modeli komputerowych przejść fazowych. Faza α ma jednoskośną o niskiej symetrii , stąd jej słaba przewodność, kruchość, wytrzymałość i ściśliwość.

Stabilizacja

w fazie δ ( faza delta ) zwykle występuje w zakresie temperatur od 310°C do 452°C, ale jest stabilny w temperaturze pokojowej, gdy jest dodany do stopu z niewielką zawartością galu , aluminium lub ceru , co zwiększa urabialność i umożliwia spawanie zastosowania broni. Faza delta ma bardziej typowy metaliczny charakter i jest mniej więcej tak mocna i ciągliwa jak aluminium. W broni rozszczepialnej wybuchowe fale uderzeniowe używane do kompresji rdzenia plutonu spowodują również przejście ze zwykłego plutonu w fazie delta do gęstszej fazy alfa, znacznie pomagając osiągnąć stan nadkrytyczny . Stop plutonowo -galowy jest najpopularniejszym stopem stabilizowanym δ.

Gal , aluminium , ameryk , skand i cer mogą stabilizować fazę δ plutonu w temperaturze pokojowej. Krzem , ind , cynk i cyrkon umożliwiają tworzenie metastabilnego stanu δ po szybkim schłodzeniu. Duża zawartość hafnu , holmu i talu pozwala również na zachowanie części fazy δ w temperaturze pokojowej. Neptun jest jedynym pierwiastkiem, który może stabilizować fazę α w wyższych temperaturach. Tytan , hafn i cyrkon stabilizują fazę β w temperaturze pokojowej po szybkim schłodzeniu.

Diagram fazowy plutonu (dane z 1975 r.)

Szczegółowy diagram fazowy dla niższych ciśnień