Физики разрешили одну из загадок плутония

Долгое время ученые не могли ответить на вопросы, касающиеся природы плутония, которая оставалась загадочной со времен Манхэттенского проекта.

Плутоний не похож на другие элементы, существующие в природе. Связывание его электронов приводит к образованию неравномерной кристаллической структуры, а нестабильность ядер приводит к разрушению («старению») металла со временем и разрушению его решетки.

Для того чтобы получить симметричную кубическую структуру плутония при комнатной температуре ученые, работавшие над Манхэттенским проектом, эмпирическим путем пришли к необходимости образования сплава плутония с небольшим количеством галлия, позволяющего получить поддающиеся технологической обработке таблетки плутония. Вместе с тем, природа взаимодействия двух химических элементов оставалась непонятной.

Ученым из национальной лаборатории Лоуренса Ливермора впервые удалось объяснить, почему добавление галлия производило такой эффект. «До сих пор не было ясного объяснения, почему галлий преобразует низкосимметричную структуру плутония в кубическую. Все просто делали так, и это работало», — комментирует руководитель исследования д-р Кевин Мур (Kevin Moore).

Ученые выяснили, что в чистом плутонии связи между атомами очень неравномерны, чем вызвана склонность металла принимать низкосимметричную структуру. Однако когда атомы галлия помещаются в атомную решетку плутония, они делают атомные связи более однородными, что приводит к получению высокосимметричной кубической решетки.

«Галлий уравнивает атомные связи в плутонии, — поясняет д-р Мур. — Наши вычисления разъясняют, почему галлий стабилизирует кубическую структуру при комнатной температуре». Результаты работы д-ра Мура и его коллег опубликованы в майском номере журнала Physical Review Letters.