Номер 7, страница 138, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

7. Как преобразуют ядерную энергию в электрическую?

7. Преобразование ядерной энергии в электрическую происходит на атомных электростанциях (АЭС) и представляет собой многоступенчатый процесс, в основе которого лежит управляемая цепная реакция деления атомных ядер. Процесс можно разделить на следующие основные этапы:

1. Выделение тепловой энергии из ядерной. В активной зоне ядерного реактора находится ядерное топливо, чаще всего обогащенный уран-235 ($^{235}U$). При поглощении медленного нейтрона ядро урана-235 делится на два более легких осколка (продукты деления), при этом испускается несколько новых нейтронов и выделяется значительное количество энергии. Эта энергия, согласно закону сохранения, в основном переходит в кинетическую энергию осколков деления. Реакцию можно записать в общем виде:

$ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow ^{236}_{92}U^* \rightarrow X + Y + k \cdot ^{1}_{0}n + Q $

где $\text{X}$ и $\text{Y}$ — осколки деления, $\text{k}$ — число вылетевших нейтронов (в среднем 2-3), а $\text{Q}$ — выделяемая энергия. Разлетаясь с огромной скоростью, осколки сталкиваются с другими атомами в топливных элементах (ТВЭЛах) и замедляют свое движение, передавая им свою кинетическую энергию. В результате этого ТВЭЛы сильно нагреваются. Таким образом, происходит первое преобразование: ядерная энергия преобразуется в тепловую.

2. Генерация пара. Выделившееся тепло необходимо отвести из реактора и использовать. Это делается с помощью теплоносителя (например, воды, которая под высоким давлением циркулирует в первом контуре), который прокачивается через активную зону и забирает тепло от ТВЭЛов. Далее горячий теплоноситель первого контура поступает в парогенератор. В парогенераторе он отдает тепло воде второго контура, не смешиваясь с ней. Вода второго контура закипает, превращаясь в пар высокого давления.

3. Преобразование тепловой энергии в механическую. Полученный пар по паропроводам направляется на лопатки паровой турбины. Расширяясь, пар давит на лопатки и заставляет турбину вращаться с очень высокой скоростью. На этом этапе происходит второе важное преобразование: тепловая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины.

4. Выработка электрической энергии. Вал турбины соединен с ротором электрогенератора. Вращение ротора в магнитном поле статора генератора вызывает явление электромагнитной индукции, в результате чего в обмотках статора возникает электрический ток. Таким образом, происходит заключительное преобразование: механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

После прохождения через турбину отработанный пар, потерявший значительную часть своей энергии, попадает в конденсатор. Там он охлаждается водой из третьего контура (например, из реки, озера или специальных башен-охладителей — градирен), конденсируется обратно в жидкое состояние и насосами подается снова в парогенератор, замыкая цикл.

Ответ: Ядерная энергия преобразуется в электрическую через цепь последовательных превращений: в реакторе ядерная энергия деления ядер переходит в тепловую энергию; затем эта тепловая энергия используется для производства пара, который вращает турбину, преобразуя тепловую энергию в механическую; в свою очередь, турбина вращает генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую.