Тема 1.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ

1.1. Строение вещества

Все вещества состоят из молекул - частиц, каждая из которых опре­деляет все физико-химические свойства вещества.

Молекулы простых веществ (К, Не, О₂, Н₂, Мо,...) состоят из одно­го или нескольких атомов одного химического элемента.

Молекулы сложных веществ (UO₂, Н₃ВО₃, В₄С, ...) состоят из атомов нескольких химических элементов.

Молекулы и составляющие их атомы различаются прежде всего по их массе. Для удобства сравнения массы различных молекул (атомов) принято измерять в относительных единицах, называемых атомными единицами массы (а.е.м.).

1 а.е.м. - это 1/12 часть массы изотопа атома углерода-12. В единицах системы СГС (которая чаще всего используется в нейтронно-фи­зических расчетах) 1 а.е.м. эквивалентна 1.660567^.10^-24 г. Относитель­ная масса молекулы или атома, выраженная в а.е.м., называется молеку­лярной (или атомной соответственно) массой и обозначается символом А.

Пространственную плотность молекул (атомов) в различных веществах принято оценивать величиной молекулярной (атомной) концентрации, то есть числом молекул (атомов), содержащихся в единице объёма вещества.

Опираясь на следствие закона Авогадро о том, что число молекул в 1 моле вещества - величина постоянная (называемая числом Авогадро N_А = 6.0221^.10²³ моль^-1), молекулярная концентрация любого вещества легко рассчитывается по известным величинам плотности  и молекулярной массы А вещества по формуле:

N = . (1.1)

В единицах системы СГС размерность вычисленной по формуле (1.1) величины молекулярной концентрации – см ^-3, то есть молекул в 1 см³.

Таким образом, получается:

а) для простых веществ, каждая молекула которых содержит только один атом, молекулярная концентрация вещества по величине совпадает с атомной концентрацией и вычисляется по формуле (1.1);

б) для сложных веществ, каждая молекула которых содержит m сортов атомов различных химических элементов, молекулярная концентрация также нахо­дится по формуле (1.1), в которой молекулярная масса

(1.2)

находимая по правилам химии, представляет собой сумму масс всех компо­нентов молекулы вещества; (здесь n_i - число атомов каждого компонента в молекуле вещества, а A_i - атомная масса i-го компонента);

Пример. Кристаллическая борная кислота H₃BO₃ плотностью  = 1.28 г/см³ будет иметь относительную молекулярную массу:

А = 3А_н+1А_в+3А_о = 3^. 1 + 1 ^.10.81 + 3 ^.16 = 61.81 а.е.м.,

а, следовательно, её молекулярная концентрация будет равна:

см^-3.

в) атомные концентрации компонентов сложных веществ находятся по общей формуле:

(1. 3)

где n_i - число атомов i-го компонента в каждой молекуле вещества, а N - молекулярная концентрация вещества.

Пример.

В упомянутом выше примере борной кислоты:

- атомная концентрация водорода N_н= 3N = 3 ^.1.2471^.10²² = 3.7413 ^.10²² см ^-3, т.к. в каждой молекуле борной кислоты содержится по три атома водорода;

- атомная концентрация бора N_в = N = 1.2471 ^.10²² см ^-3, т.к. в молекуле борной кислоты содержится только один атом бора;

- атомная концентрация кислорода N_o= 3N = 3 ^. 1.2471 ^.10²² = 3.7413 ^.10²² см ^-3, т.к. в каждой молекуле борной кислоты по три атома кислорода.

г) атомные концентрации в простых многоатомных веществах, оче­видно, можно рассматривать как частность случая (в) и находить по общей формуле (1.3).

Пример. Молекула йода (J₂) содержит по два атома химического эле­мента йода, поэтому атомная концентрация йода в кристаллическом йоде плотностью  = 4.9 г/см³ будет равна