Номер 1, страница 167 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. Что называют ядерным реактором? Из каких частей состоит ядерный реактор?

1. Что называют ядерным реактором? Из каких частей состоит ядерный реактор?

Ядерным (или атомным) реактором называют устройство, предназначенное для осуществления и поддержания управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления тяжелых атомных ядер с целью получения ядерной энергии.

Ядерный реактор состоит из следующих основных частей:

Активная зона — центральная часть реактора, где находится ядерное топливо и происходит цепная реакция. Она включает в себя:

- Ядерное топливо: вещество, в котором происходит реакция деления (например, обогащенный уран-235, плутоний-239). Обычно топливо имеет вид таблеток, заключенных в герметичные трубки — тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы).

- Замедлитель: вещество, необходимое для замедления быстрых нейтронов, образующихся при делении, до тепловых энергий. Это повышает вероятность их захвата ядрами топлива и продолжения цепной реакции. В качестве замедлителя используют обычную воду, тяжелую воду, графит.

Теплоноситель — жидкое или газообразное вещество (вода, жидкий натрий, гелий), которое прокачивается через активную зону для отвода выделяющегося в ней тепла. Это тепло затем используется для производства электроэнергии.

Система управления и защиты (СУЗ) — предназначена для управления мощностью реактора и его быстрой остановки в случае необходимости. Основным элементом являются управляющие и аварийные стержни, изготовленные из материалов, хорошо поглощающих нейтроны (бор, кадмий). Ввод стержней в активную зону замедляет реакцию, а их вывод — ускоряет.

Отражатель нейтронов — слой материала (часто того же, что и замедлитель), окружающий активную зону. Он отражает нейтроны, пытающиеся покинуть активную зону, обратно, что уменьшает утечку нейтронов и позволяет экономить топливо.

Биологическая защита — массивная оболочка из бетона с железным наполнителем, чугунных плит и других материалов, окружающая реактор. Она предназначена для защиты персонала и окружающей среды от ионизирующего излучения (нейтронов и гамма-квантов), возникающего при работе реактора.

Ответ: Ядерный реактор — это устройство, в котором протекает управляемая цепная реакция деления ядер с выделением энергии. Он состоит из активной зоны с топливом и замедлителем, теплоносителя, системы управления и защиты, отражателя нейтронов и биологической защиты.

2. Как можно объяснить принцип действия ядерного реактора? Как осуществляется управление реакцией?

Принцип действия ядерного реактора основан на использовании энергии, выделяющейся при цепной реакции деления тяжелых ядер, чаще всего урана-235.

Процесс начинается, когда свободный нейтрон попадает в ядро атома урана-235. Ядро поглощает нейтрон, становится нестабильным и практически мгновенно распадается на два более легких ядра (осколки деления). Этот процесс называется делением ядра. В результате деления высвобождается огромное количество энергии (в виде кинетической энергии осколков и излучения) и образуется 2-3 новых свободных нейтрона. Эти новые нейтроны, в свою очередь, могут вызвать деление других ядер урана-235, что приводит к возникновению цепной реакции. Чтобы реакция была управляемой, необходимо поддерживать ее на постоянном уровне мощности. Это достигается, когда в среднем ровно один нейтрон из каждого акта деления вызывает следующее деление. Такое состояние называется критическим и характеризуется коэффициентом размножения нейтронов $k_{eff} = 1$.

Управление реакцией и мощностью реактора осуществляется путем контроля количества нейтронов в активной зоне. Для этого используется система управления и защиты (СУЗ), ключевым элементом которой являются поглощающие стержни.

- Для увеличения мощности или запуска реактора стержни-поглотители постепенно выводятся из активной зоны. Это уменьшает поглощение нейтронов, коэффициент размножения становится больше единицы ($k_{eff} > 1$), и интенсивность реакции нарастает. Достигнув нужной мощности, стержни возвращают в положение, при котором $k_{eff}$ снова становится равным 1, и реакция стабилизируется.

- Для уменьшения мощности или остановки реактора стержни вводятся в активную зону. Они поглощают избыточные нейтроны, коэффициент размножения становится меньше единицы ($k_{eff} < 1$), и реакция затухает.

- В случае аварийной ситуации стержни аварийной защиты мгновенно вводятся в активную зону, полностью поглощая нейтроны и останавливая цепную реакцию.

Таким образом, манипулируя положением поглощающих стержней, операторы могут точно контролировать скорость цепной реакции и, следовательно, тепловую мощность реактора.

Ответ: Принцип действия основан на управляемой цепной реакции деления ядер, в ходе которой выделяется тепловая энергия. Управление осуществляется путем изменения количества нейтронов в активной зоне с помощью поглощающих стержней, что позволяет регулировать скорость реакции и мощность реактора.