Номер 3, страница 138, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

3. Как управляют цепными реакциями?

3. Как управляют цепными реакциями?

Управление цепными ядерными реакциями основано на контроле числа нейтронов в активной зоне реактора. Ключевым параметром, определяющим развитие реакции, является коэффициент размножения нейтронов $\text{k}$. Этот коэффициент равен отношению числа нейтронов, вызывающих деление ядер на данном этапе реакции, к числу нейтронов, вызвавших деление на предыдущем этапе.

Возможны три режима протекания реакции:

• При $k=1$ реакция протекает стационарно, мощность реактора постоянна. Это критический режим, который поддерживается в ядерных реакторах для производства энергии.

• При $k>1$ интенсивность реакции лавинообразно нарастает, что приводит к ядерному взрыву. Это надкритический режим.

• При $k<1$ реакция затухает. Это подкритический режим.

Для поддержания реакции в критическом состоянии ($k=1$) и для изменения мощности реактора применяют следующие методы управления:

1. Использование управляющих стержней. В активную зону реактора вводят стержни, изготовленные из материалов, которые активно поглощают нейтроны (например, бор $\text{B}$, кадмий $Cd$). Погружение стержней в активную зону приводит к уменьшению числа свободных нейтронов, коэффициент $\text{k}$ становится меньше единицы, и реакция затухает. При извлечении стержней количество поглощаемых нейтронов уменьшается, $\text{k}$ растет, и мощность реактора увеличивается. Это основной способ оперативного управления реактором.

2. Использование замедлителя нейтронов. При делении ядер урана-235 образуются быстрые нейтроны. Однако цепную реакцию эффективнее поддерживают медленные (тепловые) нейтроны. Поэтому в активной зоне размещают замедлитель (например, обычная вода, тяжелая вода, графит), который снижает скорость нейтронов, увеличивая вероятность последующих делений.

3. Использование отражателя нейтронов. Чтобы уменьшить утечку нейтронов из активной зоны, ее окружают отражателем (например, из графита или бериллия), который возвращает часть нейтронов обратно в зону реакции.

Ответ: Управление цепными реакциями заключается в поддержании коэффициента размножения нейтронов на уровне $k=1$. Это достигается введением в активную зону реактора или выведением из нее управляющих стержней, которые поглощают нейтроны (например, из бора или кадмия), а также с помощью замедлителей и отражателей нейтронов.