X ray diffraction investigation of Pu-Ce and Pu-Ce-Ga alloys stabilized in the δ-phase

Abstract
In the actinides series (progressive filling of the 5f-sub shell). Pu interlinks the light actinides with delocalized 5f electrons, and the heavy actinides with localized 5f electrons. At this boundary, δ-Pu is a high temperature allotrope with an intermediate 5f behaviour. It reaches stability at room temperature by alloying with deltagen solutes like Al, Ga, Am, Ce. X-Ray Diffraction showed that the 5f electrons of δPu tend to delocalize in the Pu-Al and Pu-Ga alloys (Ga and Al atoms are smaller than δ-Pu atoms) whereas they tend to localize in the Pu-Am alloys (Am atoms are bigger than δ-Pu atoms). Ce atoms, also bigger than δ-Pu atoms, are expected to induce a similar behaviour as Am atoms. However, in the Pu-Ce alloys, Ce atoms exhibit an allotropic transformation (α-Ceβ-Ce) caused by the lattice strains : a delocalization of the 4f electrons of Ce involves a reduction of its atomic volume and disturbs the investigation of the 5f electrons behaviour. In this work, some Pu-Ce and Pu-Ga-Ce alloys were studied and showed a cooperative deltagen effect of Ga and Ce. This result, together with previous studies in literature, indicates that the mechanism of the δ phase stabilization by Ce and Am are not equivalent. It seems that the localization of the 5f electrons of Pu by Ce alloying is uncertain. Photoemision measurements are planned in order to confirm this hypothesis.

Résumé
Dans la série des actinides (remplissage progressif de la sous-couche 5f), le Pu joint deux sous familles : les actinides légers caractérisés par des électon 5f délocalisés, et les actinides lourds caractérisés par des électrons 5f localisés. À cette frontière, le Pu-δ (forme allotrope haute température) possède des électrons 5f qui présentent un comportement intemédiaire. Le domaine de stabilité de cette phase est ramené à température ambiante par ajout de solutés deltagènes tels que Al, Ga, Am, Ce. La diffraction des rayons X a montré que les électrons 5f du Pu-δ se délocalisent dans les alliages Pu-Al et Pu-Ga (les atomes de Ga et Al étant plus petits que les atoms de Pu-δ) alors qu'ils se localisent dans les alliages Pu-Am (les atomes d'Am étant plus gros que les atomes de Pu-δ). A priori, avec les atomes de Ce, egalement plus gros que ceux de Pu, un comportement similaire aux atomes d'Am est attendu. Cependant, dans les alliages PuCe, le Ce présente une transformation allotropique (Ce-αCe-β) induite par les contraintes du réseau : une délocalisation des é1ectrons 4f du Ce est à l'origine d'une réduction de son volume atomique et perturbe l'etude des électrons 5f. Dans ce travail, des alliages Pu-Ce et Pu-Ga-Ce ont été étudiés et montrent que le Ga et le Ce ont des effets deltagènes coopératifs. Ce résultat, associé à ceux de la littérature, indique que les mécanismes de stabilisation de la phase δ par le Ce et l'Am ne sont pas équivalents. Il semble que la localisation des életrons 5f du Pu par l'ajout de Ce soit incertaine. Des expériences de photoémission sont prévues dans le but de confimer cette hypothèse.