El plutonio se presenta en una variedad de alótropos , incluso a presión ambiental. Estos alótropos difieren ampliamente en estructura cristalina y densidad; los alótropos α y δ difieren en densidad en más del 25% a presión constante.
El plutonio normalmente tiene seis alótropos y forma un séptimo (zeta, ζ) a altas temperaturas y un rango de presión limitado. [1] Estos alótropos tienen niveles de energía muy similares pero densidades y estructuras cristalinas que varían significativamente . Esto hace que el plutonio sea muy sensible a los cambios de temperatura, presión o química, y permite cambios dramáticos de volumen después de las transiciones de fase . [2] A diferencia de la mayoría de los materiales, el plutonio aumenta su densidad cuando se funde, en un 2,5%, pero el metal líquido exhibe una disminución lineal de la densidad con la temperatura. [3] Las densidades de los diferentes alótropos varían de 16,00 g/cm 3 a 19,86 g/cm 3 .
La presencia de tantos alótropos hace que el mecanizado del plutonio sea muy difícil, ya que cambia de estado muy fácilmente. Por ejemplo, la fase α existe a temperatura ambiente en el 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; Investigaciones recientes se han 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 mala conductividad, fragilidad, resistencia y compresibilidad. [1]
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 soldarlo . Aplicaciones de armas. La fase δ 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 habitual en fase δ a la fase α más densa, lo que ayudará significativamente a lograr la supercriticidad . [4] 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 de un 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. [2]
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