Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Плутоній галієвий сплав Pu Ga це сплав плутонію та галію який використовується в сердечниках ядерної зброї компоненті яд

Плутоній-галієвий сплав

Плутоній-галієвий сплав

Плутоній-галієвий сплав (Pu–Ga) — це сплав плутонію та галію, який використовується в сердечниках ядерної зброї, компоненті ядерної зброї, де починається ланцюгова реакція поділу. Цей сплав був розроблений під час Манхеттенського проекту.

Огляд

Металевий плутоній має кілька різних твердих алотропів. Фаза δ є найменш щільною та найлегшою для механічної обробки. Утворюється при температурах 310–452 °C при тиску навколишнього середовища (1 атмосфера), і є термодинамічно нестабільним при нижчих температурах. Однак плутоній можна стабілізувати в δ-фазі, сплавивши його з невеликою кількістю іншого металу. Кращим сплавом є 3,0–3,5 мол.% (0,8–1,0 мас.%) галію.

Pu–Ga має багато практичних переваг:

  • стабільний між -75 і 475 °C,
  • дуже низьке теплове розширення,
  • низька схильність до корозії (4% від швидкості корозії чистого плутонію),
  • хороша ливарність; оскільки плутоній має рідкісну властивість розплавленого стану бути більш щільним, ніж твердого стану, тенденція до утворення бульбашок і внутрішніх дефектів зменшується.

Використання в ядерній зброї

Стабілізована δ-фаза Pu–Ga є пластичною, її можна згортати в листи та обробляти звичайними методами. Придатний для формування шляхом гарячого пресування при температурі близько 400 °C. Цей метод використовувався для формування перших ядерних сердечників.

Більш сучасні сердечники виготовляють литтям. Підкритичні випробування показали, що характеристики кованого та литого плутонію однакові. Оскільки під час охолодження відбувається лише перехід ε-δ, лиття Pu-Ga легше, ніж лиття чистого плутонію.

δ-фаза Pu–Ga все ще є термодинамічно нестабільною, тому є занепокоєння щодо її поведінки при старінні. Існують суттєві відмінності щільності (і, отже, об’єму) між різними фазами. Перехід між δ-фазою та α-фазою плутонію відбувається при низькій температурі 115 °C і можна досягти випадково. Запобігання фазовому переходу та пов’язаним з ним механічним деформаціям і, як наслідок, структурним пошкодженням і/або втраті симетрії є надзвичайно важливим, менше 4 мол.% галію фазова зміна, викликана тиском, є незворотною.

Вплив галію

Плутоній у своїй α-фазі має низьку внутрішню симетрію, спричинену нерівномірним зв’язком між атомами, більше нагадуючи (і поводячись як) кераміку, ніж метал. Додавання галію призводить до того, що зв’язки стають більш рівномірними, підвищуючи стабільність δ-фази. Зв’язки α-фази опосередковуються електронами 5f-оболонки і можуть бути розірвані підвищенням температури або наявністю відповідних атомів у решітці, які зменшують доступну кількість 5f-електронів і послаблюють їхні зв’язки. У розплавленому стані сплав щільніший, ніж у твердому стані, що є перевагою для лиття, оскільки зменшується схильність до утворення бульбашок і внутрішніх дефектів.

Галій має тенденцію до сегрегації в плутонії, спричиняючи «вирізання серцевин» — багаті галієм центри зерен і бідні галієм межі зерен. Для стабілізації решітки та реверсу та запобігання сегрегації галію необхідний відпал при температурі трохи нижче фазового переходу δ–ε, щоб атоми галію могли дифундувати крізь зерна та створювати однорідну структуру. Час досягнення гомогенізації галію збільшується зі збільшенням розміру зерен сплаву і зменшується з підвищенням температури. Структура стабілізованого плутонію при кімнатній температурі така ж, як і нестабілізованого при температурі δ-фази, з різницею атомів галію, що заміщають плутоній в ГЦК решітці.

Старіння

Існує кілька інтерметалічних сполук плутонію та галію: PuGa, Pu3Ga та Pu6Ga.

Під час старіння стабілізованого δ-сплаву галій відокремлюється від решітки, утворюючи області Pu3Ga (ζ'-фази) в α-фазі з відповідною зміною розмірів і щільності та накопиченням внутрішніх деформацій. Однак розпад плутонію, утворює енергійні частинки (альфа-частинки та ядра урану-235), які викликають локальне порушення ζ'-фази та встановлення динамічної рівноваги лише з невеликою кількістю ζ'-фази, що пояснює несподівано повільний процес сплаву як витончене старіння. Альфа-частинки затримуються як міжвузлові атоми гелію в ґратці, об’єднуючись у крихітні (приблизно 1 діаметр нм) заповнені гелієм бульбашки в металі та спричиняють незначні рівні здуття пустот; розмір бульбашок виявляється обмеженим, хоча їх кількість з часом збільшується.

Додавання до сплаву 7,5 мас.% плутонію-238, який має значно швидшу швидкість розпаду, збільшує швидкість пошкодження старінням у 16 разів, допомагаючи дослідженням старіння плутонію. Суперкомп'ютер Blue Gene допоміг з моделюванням процесів старіння плутонію.

Виробництво

Плутонієві сплави можна отримувати шляхом додавання металу до розплавленого плутонію. Однак, якщо легуючий метал є достатньо відновним, плутоній може бути доданий у формі оксидів або галогенідів. Сплави δ-фази плутоній-галій і плутоній-алюміній отримують шляхом додавання фториду плутонію (III) до розплавленого галію або алюмінію, що має перевагу уникнення прямого контакту з високореакційноздатним металом плутонієм.

Переробка в МОХ-паливо

Для переробки надлишків боєголовок у МОХ-паливо більшу частину галію потрібно видалити, оскільки його високий вміст може заважати оболонці твелу (галій атакує цирконій) і міграції продуктів ділення в паливних таблетках. У процесі ARIES сердечники перетворюються на оксид шляхом перетворення матеріалу на гідрид плутонію, потім, необов’язково, на нітрид, а потім на оксид. Потім галій переважно видаляється із суміші твердих оксидів шляхом нагрівання при 1100 °C в атмосфері 94% аргону і 6% водню, зменшуючи вміст галію з 1% до 0,02%. Подальше розбавлення оксиду плутонію під час виробництва МОКС-палива призводить вміст галію до рівнів, які вважаються незначними. Також можливий мокрий спосіб видалення галію з використанням іонного обміну Електроочищення — ще один спосіб розділення галію та плутонію. .

Історія розвитку

Під час Манхеттенського проекту максимальна кількість атомів розчинника для плутонію, яка не впливає на ефективність вибуху, була розрахована як 5 мол.%. Були розглянуті два стабілізуючі елементи, кремній і алюміній. Проте тільки алюміній давав задовільні сплави. Але схильність алюмінію реагувати з α-частинками і випускати нейтрони обмежувала його максимальний вміст до 0,5 мол.%; наступний елемент з групи елементів бору, галій, був випробуваний і визнаний задовільним. Перші секрети конструкції атомної бомби, передані Совєтам розвідником Клаусом Фуксом, включали трюк з галієм для стабілізації фаз плутонію, і, отже, перша радянська атомна бомба також використовувала цей сплав.

Примітки

  1. . Nuclear Engineering International. 2005. Архів оригіналу за 15 вересня 2010. Процитовано 25 січня 2010.
  2. Italian Stallions & Plutonium. jeffrey. Процитовано 25 січня 2010.
  3. Optical Pyrometry on the Armando Subcritical Experiment. Los Alamos National Laboratory. Процитовано 25 січня 2010.
  4. . centurychina.com. Архів оригіналу за 7 січня 2010. Процитовано 25 січня 2010.
  5. Scientists tackle long-standing questions about plutonium. innovations-report. 2006. Процитовано 25 січня 2010.
  6. Hecker, Siegfried S. (2000). Plutonium and Its Alloys (PDF). . Процитовано 25 січня 2010.
  7. Darby, Richard. Modelling the Lattice Parameter of Plutonium Aluminium Solid Solution (PDF). Процитовано 25 січня 2010.[недоступне посилання з 01.03.2018]
  8. Martz, Joseph C.; Schwartz, Adam J. . The Minerals, Metals & Materials Society. Архів оригіналу за 3 березня 2016. Процитовано 25 січня 2010.
  9. Wolfer, W. G.; Oudot, B.; Baclet, N. (2006). Reversible expansion of gallium-stabilized δ-plutonium. Journal of Nuclear Materials. 359 (3): 185—191. Bibcode:2006JNuM..359..185W. doi:10.1016/j.jnucmat.2006.08.020.
  10. . Science and Technology Reviews. Архів оригіналу за 17 лютого 2013. Процитовано 25 січня 2010.
  11. Moody, Kenton James; Hutcheon, Ian D.; Grant, Patrick M. (28 лютого 2005). Nuclear forensic analysis. CRC Press. ISBN .
  12. (PDF). Amarillo National Resource Center for Plutonium. Архів оригіналу (PDF) за 2 березня 2012. Процитовано 25 січня 2010.
  13. Toevs, James W.; Beard, Carl A. Gallium in Weapons-Grade Plutonium and MOX Fuel Fabrication. IEEE. Процитовано 25 січня 2010.
  14. Method for plutonium-gallium separation by anodic dissolution of a solid plutonium-gallium alloy. frepatent. Процитовано 25 січня 2010.
  15. First Nuclear Weapons: Nuclear Weapons Frequently Asked Questions. Процитовано 25 січня 2010.
  16. Dr Smith goes to Los Alamos (PDF). RESONANCE. June 2006. Процитовано 25 січня 2010.
  17. . www.neimagazine.com. Архів оригіналу за 9 November 2021. Процитовано 5 лютого 2022.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Plutonij galiyevij splav Pu Ga ce splav plutoniyu ta galiyu yakij vikoristovuyetsya v serdechnikah yadernoyi zbroyi komponenti yadernoyi zbroyi de pochinayetsya lancyugova reakciya podilu Cej splav buv rozroblenij pid chas Manhettenskogo proektu OglyadMetalevij plutonij maye kilka riznih tverdih alotropiv Faza d ye najmensh shilnoyu ta najlegshoyu dlya mehanichnoyi obrobki Utvoryuyetsya pri temperaturah 310 452 C pri tisku navkolishnogo seredovisha 1 atmosfera i ye termodinamichno nestabilnim pri nizhchih temperaturah Odnak plutonij mozhna stabilizuvati v d fazi splavivshi jogo z nevelikoyu kilkistyu inshogo metalu Krashim splavom ye 3 0 3 5 mol 0 8 1 0 mas galiyu Pu Ga maye bagato praktichnih perevag stabilnij mizh 75 i 475 C duzhe nizke teplove rozshirennya nizka shilnist do koroziyi 4 vid shvidkosti koroziyi chistogo plutoniyu horosha livarnist oskilki plutonij maye ridkisnu vlastivist rozplavlenogo stanu buti bilsh shilnim nizh tverdogo stanu tendenciya do utvorennya bulbashok i vnutrishnih defektiv zmenshuyetsya Vikoristannya v yadernij zbroyiStabilizovana d faza Pu Ga ye plastichnoyu yiyi mozhna zgortati v listi ta obroblyati zvichajnimi metodami Pridatnij dlya formuvannya shlyahom garyachogo presuvannya pri temperaturi blizko 400 C Cej metod vikoristovuvavsya dlya formuvannya pershih yadernih serdechnikiv Bilsh suchasni serdechniki vigotovlyayut littyam Pidkritichni viprobuvannya pokazali sho harakteristiki kovanogo ta litogo plutoniyu odnakovi Oskilki pid chas oholodzhennya vidbuvayetsya lishe perehid e d littya Pu Ga legshe nizh littya chistogo plutoniyu d faza Pu Ga vse she ye termodinamichno nestabilnoyu tomu ye zanepokoyennya shodo yiyi povedinki pri starinni Isnuyut suttyevi vidminnosti shilnosti i otzhe ob yemu mizh riznimi fazami Perehid mizh d fazoyu ta a fazoyu plutoniyu vidbuvayetsya pri nizkij temperaturi 115 C i mozhna dosyagti vipadkovo Zapobigannya fazovomu perehodu ta pov yazanim z nim mehanichnim deformaciyam i yak naslidok strukturnim poshkodzhennyam i abo vtrati simetriyi ye nadzvichajno vazhlivim menshe 4 mol galiyu fazova zmina viklikana tiskom ye nezvorotnoyu Vpliv galiyuPlutonij u svoyij a fazi maye nizku vnutrishnyu simetriyu sprichinenu nerivnomirnim zv yazkom mizh atomami bilshe nagaduyuchi i povodyachis yak keramiku nizh metal Dodavannya galiyu prizvodit do togo sho zv yazki stayut bilsh rivnomirnimi pidvishuyuchi stabilnist d fazi Zv yazki a fazi oposeredkovuyutsya elektronami 5f obolonki i mozhut buti rozirvani pidvishennyam temperaturi abo nayavnistyu vidpovidnih atomiv u reshitci yaki zmenshuyut dostupnu kilkist 5f elektroniv i poslablyuyut yihni zv yazki U rozplavlenomu stani splav shilnishij nizh u tverdomu stani sho ye perevagoyu dlya littya oskilki zmenshuyetsya shilnist do utvorennya bulbashok i vnutrishnih defektiv Galij maye tendenciyu do segregaciyi v plutoniyi sprichinyayuchi virizannya sercevin bagati galiyem centri zeren i bidni galiyem mezhi zeren Dlya stabilizaciyi reshitki ta reversu ta zapobigannya segregaciyi galiyu neobhidnij vidpal pri temperaturi trohi nizhche fazovogo perehodu d e shob atomi galiyu mogli difunduvati kriz zerna ta stvoryuvati odnoridnu strukturu Chas dosyagnennya gomogenizaciyi galiyu zbilshuyetsya zi zbilshennyam rozmiru zeren splavu i zmenshuyetsya z pidvishennyam temperaturi Struktura stabilizovanogo plutoniyu pri kimnatnij temperaturi taka zh yak i nestabilizovanogo pri temperaturi d fazi z rizniceyu atomiv galiyu sho zamishayut plutonij v GCK reshitci StarinnyaIsnuye kilka intermetalichnih spoluk plutoniyu ta galiyu PuGa Pu3Ga ta Pu6Ga Pid chas starinnya stabilizovanogo d splavu galij vidokremlyuyetsya vid reshitki utvoryuyuchi oblasti Pu3Ga z fazi v a fazi z vidpovidnoyu zminoyu rozmiriv i shilnosti ta nakopichennyam vnutrishnih deformacij Odnak rozpad plutoniyu utvoryuye energijni chastinki alfa chastinki ta yadra uranu 235 yaki viklikayut lokalne porushennya z fazi ta vstanovlennya dinamichnoyi rivnovagi lishe z nevelikoyu kilkistyu z fazi sho poyasnyuye nespodivano povilnij proces splavu yak vitonchene starinnya Alfa chastinki zatrimuyutsya yak mizhvuzlovi atomi geliyu v gratci ob yednuyuchis u krihitni priblizno 1 diametr nm zapovneni geliyem bulbashki v metali ta sprichinyayut neznachni rivni zduttya pustot rozmir bulbashok viyavlyayetsya obmezhenim hocha yih kilkist z chasom zbilshuyetsya Dodavannya do splavu 7 5 mas plutoniyu 238 yakij maye znachno shvidshu shvidkist rozpadu zbilshuye shvidkist poshkodzhennya starinnyam u 16 raziv dopomagayuchi doslidzhennyam starinnya plutoniyu Superkomp yuter Blue Gene dopomig z modelyuvannyam procesiv starinnya plutoniyu VirobnictvoPlutoniyevi splavi mozhna otrimuvati shlyahom dodavannya metalu do rozplavlenogo plutoniyu Odnak yaksho leguyuchij metal ye dostatno vidnovnim plutonij mozhe buti dodanij u formi oksidiv abo galogenidiv Splavi d fazi plutonij galij i plutonij alyuminij otrimuyut shlyahom dodavannya ftoridu plutoniyu III do rozplavlenogo galiyu abo alyuminiyu sho maye perevagu uniknennya pryamogo kontaktu z visokoreakcijnozdatnim metalom plutoniyem Pererobka v MOH palivoDlya pererobki nadlishkiv boyegolovok u MOH palivo bilshu chastinu galiyu potribno vidaliti oskilki jogo visokij vmist mozhe zavazhati obolonci tvelu galij atakuye cirkonij i migraciyi produktiv dilennya v palivnih tabletkah U procesi ARIES serdechniki peretvoryuyutsya na oksid shlyahom peretvorennya materialu na gidrid plutoniyu potim neobov yazkovo na nitrid a potim na oksid Potim galij perevazhno vidalyayetsya iz sumishi tverdih oksidiv shlyahom nagrivannya pri 1100 C v atmosferi 94 argonu i 6 vodnyu zmenshuyuchi vmist galiyu z 1 do 0 02 Podalshe rozbavlennya oksidu plutoniyu pid chas virobnictva MOKS paliva prizvodit vmist galiyu do rivniv yaki vvazhayutsya neznachnimi Takozh mozhlivij mokrij sposib vidalennya galiyu z vikoristannyam ionnogo obminu Elektroochishennya she odin sposib rozdilennya galiyu ta plutoniyu Istoriya rozvitkuPid chas Manhettenskogo proektu maksimalna kilkist atomiv rozchinnika dlya plutoniyu yaka ne vplivaye na efektivnist vibuhu bula rozrahovana yak 5 mol Buli rozglyanuti dva stabilizuyuchi elementi kremnij i alyuminij Prote tilki alyuminij davav zadovilni splavi Ale shilnist alyuminiyu reaguvati z a chastinkami i vipuskati nejtroni obmezhuvala jogo maksimalnij vmist do 0 5 mol nastupnij element z grupi elementiv boru galij buv viprobuvanij i viznanij zadovilnim Pershi sekreti konstrukciyi atomnoyi bombi peredani Sovyetam rozvidnikom Klausom Fuksom vklyuchali tryuk z galiyem dlya stabilizaciyi faz plutoniyu i otzhe persha radyanska atomna bomba takozh vikoristovuvala cej splav Primitki Nuclear Engineering International 2005 Arhiv originalu za 15 veresnya 2010 Procitovano 25 sichnya 2010 Italian Stallions amp Plutonium jeffrey Procitovano 25 sichnya 2010 Optical Pyrometry on the Armando Subcritical Experiment Los Alamos National Laboratory Procitovano 25 sichnya 2010 centurychina com Arhiv originalu za 7 sichnya 2010 Procitovano 25 sichnya 2010 Scientists tackle long standing questions about plutonium innovations report 2006 Procitovano 25 sichnya 2010 Hecker Siegfried S 2000 Plutonium and Its Alloys PDF Procitovano 25 sichnya 2010 Darby Richard Modelling the Lattice Parameter of Plutonium Aluminium Solid Solution PDF Procitovano 25 sichnya 2010 nedostupne posilannya z 01 03 2018 Martz Joseph C Schwartz Adam J The Minerals Metals amp Materials Society Arhiv originalu za 3 bereznya 2016 Procitovano 25 sichnya 2010 Wolfer W G Oudot B Baclet N 2006 Reversible expansion of gallium stabilized d plutonium Journal of Nuclear Materials 359 3 185 191 Bibcode 2006JNuM 359 185W doi 10 1016 j jnucmat 2006 08 020 Science and Technology Reviews Arhiv originalu za 17 lyutogo 2013 Procitovano 25 sichnya 2010 Moody Kenton James Hutcheon Ian D Grant Patrick M 28 lyutogo 2005 Nuclear forensic analysis CRC Press ISBN 978 0 8493 1513 8 PDF Amarillo National Resource Center for Plutonium Arhiv originalu PDF za 2 bereznya 2012 Procitovano 25 sichnya 2010 Toevs James W Beard Carl A Gallium in Weapons Grade Plutonium and MOX Fuel Fabrication IEEE Procitovano 25 sichnya 2010 Method for plutonium gallium separation by anodic dissolution of a solid plutonium gallium alloy frepatent Procitovano 25 sichnya 2010 First Nuclear Weapons Nuclear Weapons Frequently Asked Questions Procitovano 25 sichnya 2010 Dr Smith goes to Los Alamos PDF RESONANCE June 2006 Procitovano 25 sichnya 2010 www neimagazine com Arhiv originalu za 9 November 2021 Procitovano 5 lyutogo 2022

Дата публікації:
Топ