プルトニウムガリウム合金
金属プルトニウムはさまざまな同素体を持つが、その中でδ相は密度が最も低く加工性も良好である。δ相は常圧では310 - 452 °Cで現れ、それより低温では熱力学的に不安定であるが、他の金属元素を少量加えて合金にすると安定させることができる。その中でも優れた特性を持つのがモル濃度3.0 - 3.5%(重量パーセント濃度では0.8 - 1.0%)のガリウムを添加したPu-Ga合金である。
Pu-Ga合金は実用上 大きな利点がある。
熱力学的安定性が向上する ・・・ δ相が -75 °Cから 475 °Cの範囲でほぼ安定になる
熱膨張係数が小さい ・・・ 加工時の熱変形や温度による歪みが少ない
腐食に対する感受性が小さい ・・・ 腐食速度が純プルトニウムの4%程度になる
固体の方が低密度のため、鋳造性がよい ・・・ 固化の際に膨張するため気泡や鬆(す)が入りにくい
↑ 嵩高い形状にして見かけ上の密度を下げることで臨界が起きないようにする工夫である。
↑ 純プルトニウムではε→δ→γ→β→αと相転移を繰り返し、それぞれ結晶構造がまったく異なるため鋳造不良を起こしやすい。
↑ 体積が縮むということはPu原子同士の距離が狭まることを意味し、核分裂反応で発生した中性子が他のPu原子に当たりやすくなるからである。