Alótropos de plutonio - Allotropes of plutonium
| Fase | Estructura cristalina | Densidad (g / cm 3 ) |
|---|---|---|
| alfa (α) | monoclínico simple | 19,86 |
| beta (β) | monoclínico centrado en el cuerpo | 17,70 |
| gamma (γ) | ortorrómbico centrado en la cara | 17.14 |
| delta (δ) | cúbico centrado en la cara | 15,92 |
| delta prima (δ ′) | tetragonal centrado en el cuerpo | 16.00 |
| épsilon (ε) | cúbico centrado en el cuerpo | 16.51 |
El plutonio se encuentra en una variedad de alótropos , incluso a presión ambiental. Estos alótropos difieren ampliamente en estructura y densidad cristalinas; los alótropos α y δ difieren en densidad en más del 25% a presión constante.
Descripción general
El plutonio normalmente tiene seis alótropos y forma un séptimo (zeta, ζ) a alta temperatura y un rango de presión limitado. Estos alótropos tienen niveles de energía muy similares pero densidades y estructuras cristalinas significativamente variables . Esto hace que el plutonio sea muy sensible a los cambios de temperatura, presión o química, y permite cambios drásticos de volumen después de las transiciones de fase . A diferencia de la mayoría de los materiales, el plutonio aumenta de densidad cuando se funde, en un 2,5%, pero el metal líquido presenta una disminución lineal de densidad con la temperatura. Las densidades de los diferentes alótropos varían de 16,00 g / cm 3 a 19,86 g / cm 3 .
Mecanizado de plutonio
La presencia de estos muchos alótropos dificulta mucho el mecanizado del plutonio, ya que cambia de estado con mucha facilidad. Por ejemplo, la fase α existe a temperatura ambiente en plutonio sin alear. Tiene características de mecanizado similares al hierro fundido pero cambia a la fase β ( fase beta ) a temperaturas ligeramente más altas. Las razones del complicado diagrama de fases no se comprenden del todo; La investigación reciente se ha centrado en la construcción de modelos informáticos precisos de las transiciones de fase. La fase α tiene una estructura monoclínica de baja simetría , de ahí su baja conductividad, fragilidad, resistencia y compresibilidad.
Estabilización
El plutonio en la fase δ (fase delta ) normalmente existe en el rango de 310 ° C a 452 ° C, pero es estable a temperatura ambiente cuando se alea con un pequeño porcentaje de galio , aluminio o cerio , lo que mejora la trabajabilidad y permite que se suelde en aplicaciones de armas. La fase delta tiene un carácter metálico más típico y es aproximadamente tan fuerte y maleable como el aluminio. En las armas de fisión, las ondas de choque explosivas utilizadas para comprimir un núcleo de plutonio también provocarán una transición del plutonio en fase delta habitual a la fase alfa más densa, lo que ayudará significativamente a lograr la supercriticidad . La aleación de plutonio-galio es la aleación estabilizada con δ más común.
El galio , el aluminio , el americio , el escandio y el cerio pueden estabilizar la fase δ del plutonio a temperatura ambiente. El silicio , el indio , el zinc y el circonio permiten la formación del estado δ metaestable cuando se enfrían rápidamente. Una gran cantidad de hafnio , holmio y talio también permite retener parte de la fase δ a temperatura ambiente. El neptunio es el único elemento que puede estabilizar la fase α a temperaturas más altas. El titanio , el hafnio y el circonio estabilizan la fase β a temperatura ambiente cuando se enfrían rápidamente.
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