Металлический плутоний и сплавы на его основе в состоянии δ-фазы обладают рядом необычных свойств, к числу которых относится отрицательный коэффициент теплового расширения нелегированного Pu и достаточно быстрый рост коэффициента теплового расширения до положительных значений при увеличении концентрации легирующего элемента в δ-фазных сплавах. В настоящее время считается общепризнанным, что аномальное поведение δ-Pu связано с уникальной конфигурацией 5f-оболочки, электроны которой подразделяются на локализованную и делокализованную подсистемы. Атомные состояния в ГЦК структуре δ-Pu с различным соотношением локализованных и делокализованных электронов характеризуются близкими значениями полной энергии, но различными равновесными атомными объемами. При конечной температуре состояние с большей энергией, но меньшим атомным объемом может стать равновесным за счет энтропийного вклада в свободную энергию, что и вызовет уменьшение объема при нагревании. Термодинамическое описание такого поведения системы может быть реализовано в рамках двухуровневой модели атома, используемой для описания инварного эффекта в магнитных сплавах. В данной работе предлагается развитие этой модели для описания аномального теплового расширения нелегированного δ-Pu и δ-фазных сплавов на его основе. Вводятся простые зависимости для разницы энергий атомов на двух уровнях от межатомных расстояний и концентрации легирующего элемента. Возможности модели демонстрируются на примерах описания температурного поведения параметров решетки чистого δ-Pu и его бинарных δ-фазных сплавов с Al, Ce, Zn и Zr. Во всем экспериментально изученном диапазоне температур и концентраций легирующих элементов получено хорошее совпадение расчетных и экспериментальных результатов. Модель имеет небольшое число свободных (подгоночных) параметров, которые взаимосогласованы для разных сплавов и имеют четкую зависимость от размерного фактора.
展开▼
