Structure électronique d'alliages Pu-Ce(-Ga) et Pu-Am(-Ga) stabilisés en phase d [delta]

La phase d du plutonium (Pu), stable entre 319 et 451ʿC, présente de nombreuses anomalies de comportement et constitue, aujourd'hui encore une énigme, aussi bien pour les physiciens que pour les métallurgistes. L'origine de cette singularité réside dans sa structure électronique, complexe, mettant en jeu les électrons 5f, intermédiaires entre un état localisé et un état délocalisé. Le domaine de stabilité de la phase d du plutonium peut-être étendu à température ambiante par l'ajout d'éléments dits "deltagènes", comme le gallium (Ga), l'aluminium (Al), le cérium (Ce) ou l'américium (Am). Ce travail a porté, d'une part, sur l'influence des solutés cérium et américium sur le degré de localisation des électrons 5f du plutonium d, à travers l'étude de deux gammes d'alliages binaires Pu-Am et Pu-Ce. L'influence de la coexistence de deux éléments deltagènes différents sur la stabilité de la phase d a d'autre part été étudiée dans des alliages ternaires Pu-Am-Ga et Pu-Ce-Ga. La structure électronique et l'organisation cristalline étant très fortement corrélées, des caractérisations par diffraction des RX et EXAFS ont été réalisées parallèlement à des mesures de résistivité électrique et de susceptibilité magnétique. Les rôles du cérium et l'américium, supposés analogues au début de l'étude, se sont en réalité avérés très différents. De plus, les effets deltagènes additifs du cérium et du gallium, et, de l'américium et du gallium, ont été démontrés. La radioactivité du plutonium implique de s'intéresser à l'évolution des alliages dans le temps. Ainsi, une déstabilisation de la phase d a été mise en évidence dans les alliages Pu-Ce(-Ga) âgés, et une anomalie dans la susceptibilité magnétique, observée dans les alliages Pu-Am(-Ga), a été attribuée aux défauts d'auto-irradiation apparus au cours du temps.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Crystalline and electronic structure of Pu–Ce and Pu–Ce–Ga alloys stabilized in the δ phase

International audienceIn the actinides series (which corresponds to the progressive filling of the 5f sub-shell), plutonium lies at the changeover for the behavior of the 5f electrons between the light actinides (up to Np) with delocalized 5f states, and the heavy actinides (from Am on) with localized 5f states. At this boundary, the expanded δ-phase exhibits an intermediate and thus controversial behavior of its 5f electrons. This high temperature δ-phase can be stabilized at and below room temperature by alloying with so-called deltagen solutes Ga, Al, Ce and Am. In this work, some Pu–Ce and Pu–Ce–Ga alloys were studied using several techniques (dilatometry, X-ray diffraction (XRD), extended X-ray absorption fine structure spectroscopy (EXAFS), electrical resistivity and magnetic susceptibility). It is found that the mechanism of δ-Pu stabilization is far from straightforward as both Pu 5f and Ce 4f electronic states are involved, inducing complex crystalline organization while no clear localization of the 5f states can be deduced from experimental results. Ternary Pu–Ce–Ga alloys show cooperative deltagen effects of Ce and Ga