13.5. Карбиды плутония.

Плутоний образует четыре карбида стехиометрического состава: Pu₃C₂, PuC, Pu₂C₃ и PuC₂. На рис.8 представлена часть диаграммы состояния системы Pu – C до атомного содержания С, равного 60%. Карбид плутония состава Pu₃C₂ устойчив только в низкотемпературной области. При температуре 558С он распадается на PuC и металлический Pu. Для образования Pu₃C₂ необходимо очень медленно понижать температуру слитка сплава Pu и С с атомным содержанием С = 40%. При быстром охлаждении из-за медленных диффузионных процессов протекания реакции не наблюдается образование Pu₃C₂. Кристаллическая структура этого карбида не расшифрована. В литературе карбид Pu₃C₂ часто обозначают как -фазу. Pu₃C₂ не используется для изготовления ядерного топлива.

Р ис.8. Часть диаграммы состояния системы Pu – c .

- однофазные сплавы; - двухфазные сплавы

Монокарбид плутония PuC образуется по перитектической реакции при 1654С. PuC является нестехиометрическим соединением с дефицитом атомов углерода. Имеет довольно протяженную область гомогенности, границы которой находятся в интервале атомного содержания C = 45-47%, т.е. от PuC_0,84 до PuC_0,92. Границы гомогенной области изменяются с температурой. PuC имеет кубическую гранецентрированную решетку, период которой изменяется от 4,95820,0003Å до 4,97370,0003Å.

Полуторный карбид состава Pu₂C₃ образуется по перитектической реакции при 2050С, существует как соединение стехиометрического состава с небольшой областью гомогенности. Имеет объемно-центрированную кубическую решетку с периодом от 8,12580,0003Å для сплавов, более бедных углеродом, до 8,13170,0003Å для сплавов, более богатых углеродом. Полуторный карбид в тех или иных количествах всегда присутствует в монокарбиде плутония.

Дикарбид плутония PuC₂ устойчив в узком интервале высоких температур от 1800С до 2250С. Свойства его не изучены и практического значения он не имеет.

В табл.2 представлены обобщенные данные по кристаллической структуре карбидов плутония.

Таблица 2.

Кристаллические структуры карбидов плутония.

Соеди- нение	Число формульных единиц на ячейку	Тип решетки	Параметр решетки, Å	Плотность, г/см3
				Расчет-ная	По плутонию
Pu3C2 -фаза	-	Не расшифрована	-	15,30	-
PuC	4	гранецентрированная кубическая	От 4,95820,0003 до 4,97370,0003	13,600	12,90
Pu2C3	8	Объемно-центрированная Кубическая	от 8,12580,0003 до 8,13170,0003	12,700	11,70
PuC2	-	Не расшифрована	-	-	-

Таким образом, практическое применение для изготовления ядерного топлива имеет лишь монокарбид плутония. Полуторный карбид плутония Pu₂C₃ часто присутствует в PuC, однако не оказывает существенного влияния на свойства и поведение PuC как ядерного топлива. Поэтому в дальнейшем будет рассмотрены методы получения и свойства только PuC.