Номер 3, страница 339 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

3. Регулирование скорости ядерного деления тяжёлых атомов в ядерных реакторах атомных электростанций осуществляется за счёт

1) поглощения нейтронов при опускании стержней с поглотителем

2) увеличения теплоотвода при увеличении скорости теплоносителя

3) увеличения отпуска электроэнергии потребителям

4) уменьшения массы ядерного топлива в активной зоне при вынимании стержней с топливом

3. Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться в принципе управления цепной ядерной реакцией, которая является источником энергии в ядерных реакторах.

Цепная реакция деления тяжелых атомных ядер (например, урана-235) инициируется и поддерживается нейтронами. Когда ядро урана-235 поглощает нейтрон, оно делится, высвобождая энергию и несколько новых нейтронов (в среднем от 2 до 3). Эти новые нейтроны могут вызывать деление других ядер, создавая цепную реакцию.

Для стабильной работы реактора на постоянной мощности необходимо поддерживать управляемую цепную реакцию. Это означает, что из всех нейтронов, образующихся при делении, в среднем ровно один должен вызывать следующее деление. Такое состояние называется критическим, а коэффициент размножения нейтронов $k$ равен 1.

• Если $k > 1$, реакция ускоряется, мощность реактора растет (надкритический режим).
• Если $k < 1$, реакция затухает, мощность падает (подкритический режим).

Следовательно, регулирование скорости ядерного деления сводится к управлению коэффициентом размножения нейтронов $k$. Проанализируем предложенные варианты.

1) поглощения нейтронов при опускании стержней с поглотителем
Это основной и общепринятый метод управления мощностью ядерного реактора. В активную зону реактора вводятся специальные управляющие стержни, которые сделаны из материалов, активно поглощающих нейтроны (например, бор или кадмий). Когда стержни вводятся в активную зону, они поглощают избыточные нейтроны, уменьшая их количество, способное вызвать деление. Это приводит к снижению коэффициента размножения $k$ и, как следствие, к замедлению реакции. При извлечении стержней из активной зоны поглощение нейтронов уменьшается, $k$ растет, и мощность реактора увеличивается. Этот метод позволяет точно и оперативно регулировать скорость реакции.

2) увеличения теплоотвода при увеличении скорости теплоносителя
Теплоноситель (например, вода) служит для отвода тепла от активной зоны и его дальнейшей передачи для производства электроэнергии. Увеличение его скорости действительно улучшает теплоотвод. Однако это является средством для поддержания безопасного температурного режима реактора при определенной мощности, а не прямым методом управления самой цепной реакцией. Скорость реакции определяет количество выделяемого тепла, а не наоборот.

3) увеличения отпуска электроэнергии потребителям
Отпуск электроэнергии потребителям является конечным результатом работы АЭС. Изменение спроса на электроэнергию является сигналом для диспетчера станции, чтобы изменить мощность реактора. Но сам по себе отпуск энергии не является физическим механизмом регулирования реакции в ядре реактора. Это внешнее условие, а не внутренний процесс управления.

4) уменьшения массы ядерного топлива в активной зоне при вынимании стержней с топливом
Изменение количества ядерного топлива в активной зоне (замена или удаление тепловыделяющих сборок) — это сложная и длительная операция, называемая перегрузкой топлива. Она проводится на остановленном реакторе с периодичностью в один-два года и не используется для оперативного регулирования мощности в ходе работы.

Таким образом, единственным верным механизмом для оперативного регулирования скорости деления ядер является управление количеством нейтронов в активной зоне с помощью стержней-поглотителей.

Ответ: 1.