Номер 1, страница 208 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Назовите основные части ядерного реактора и опишите их работу.

Ядерный реактор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Основными частями ядерного реактора и их функциями являются:

Активная зона с ядерным топливом. Это центральная часть реактора, где находится ядерное топливо и происходит реакция деления. Ядерное топливо (чаще всего обогащенный уран $ ^{235}\text{U} $ или плутоний $ ^{239}\text{Pu} $) обычно размещается в виде тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), которые представляют собой герметичные трубки, содержащие таблетки топлива. В активной зоне в результате цепной реакции деления выделяется огромное количество тепловой энергии.

Ответ: Активная зона с ядерным топливом — это место, где протекает управляемая цепная реакция деления ядер с выделением тепла.

Замедлитель нейтронов. Нейтроны, образующиеся при делении ядер урана, имеют очень большую энергию (быстрые нейтроны). Для того чтобы они с большей вероятностью вызвали деление следующих ядер $ ^{235}\text{U} $ и поддержали цепную реакцию, их необходимо замедлить до тепловых скоростей. Эту функцию выполняет замедлитель. В качестве замедлителя используют вещества, состоящие из легких атомов, которые не поглощают нейтроны, а лишь уменьшают их энергию при столкновениях. Примерами могут служить обычная вода, тяжелая вода ($ \text{D}_2\text{O} $) или графит.

Ответ: Замедлитель — вещество, предназначенное для уменьшения скорости (энергии) нейтронов, что необходимо для эффективного поддержания цепной реакции.

Теплоноситель. Это жидкое или газообразное вещество, которое протекает через активную зону, отбирая выделяющееся в ней тепло. Нагретый теплоноситель затем передает эту тепловую энергию для получения водяного пара, который вращает турбину электрогенератора. В качестве теплоносителя могут использоваться вода, тяжелая вода, жидкие металлы (например, натрий) или газы (гелий, углекислый газ). В некоторых типах реакторов (например, водо-водяных) вода одновременно является и замедлителем, и теплоносителем.

Ответ: Теплоноситель — это среда, которая отводит тепло от активной зоны реактора для дальнейшего преобразования его в электрическую энергию.

Система управления и защиты (СУЗ). Эта система предназначена для управления мощностью реактора и его безопасной остановки. Основным элементом СУЗ являются управляющие (регулирующие) и аварийные стержни, изготовленные из материалов, которые хорошо поглощают нейтроны (например, бор или кадмий). Вводя стержни в активную зону, поглощают часть нейтронов, что приводит к замедлению цепной реакции и снижению мощности. Выводя стержни, мощность увеличивают. При аварийной ситуации стержни быстро вводятся в активную зону, полностью прекращая цепную реакцию.

Ответ: Система управления и защиты регулирует скорость цепной реакции (мощность реактора) и обеспечивает его быструю остановку в случае необходимости.

Отражатель нейтронов. Часть нейтронов, родившихся в активной зоне, может покинуть её, не вызвав деления. Чтобы уменьшить эти "утечки" и более эффективно использовать нейтроны, активную зону окружают отражателем. Отражатель состоит из материала, который хорошо рассеивает, но слабо поглощает нейтроны (часто тот же, что и замедлитель, например, графит). Отраженные нейтроны возвращаются в активную зону и могут участвовать в цепной реакции.

Ответ: Отражатель нейтронов возвращает нейтроны, вылетающие из активной зоны, обратно, повышая эффективность работы реактора.

Биологическая защита. Процесс деления ядер сопровождается интенсивным ионизирующим излучением (нейтроны, гамма-кванты), опасным для живых организмов. Для защиты персонала и окружающей среды от этого излучения реактор помещают в мощную защитную оболочку. Обычно она состоит из нескольких слоев различных материалов, включая толстый слой бетона со специальными добавками, сталь и воду.

Ответ: Биологическая защита представляет собой барьер (обычно из бетона и стали), поглощающий опасное излучение и обеспечивающий радиационную безопасность.