Номер 1, страница 345 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 92. Применение ядерной энергии. Глава 12. Физика атомного ядра - номер 1, страница 345.

Условие.

1. Что является источником энергии в ядерных реакторах?

Решение.

Решение 2.

1. Источником энергии в ядерных реакторах является управляемая цепная ядерная реакция деления тяжелых атомных ядер, чаще всего урана-235 ($^{235}_{92}U$) или плутония-239 ($^{239}_{94}Pu$).

Процесс выработки энергии можно описать следующими этапами:

1. Инициирование деления: Ядро тяжелого элемента, например урана-235, захватывает медленный (тепловой) нейтрон. Это делает ядро нестабильным.

2. Распад ядра и выделение энергии: Возбужденное ядро практически мгновенно распадается на два (реже три) более легких ядра, которые называются осколками деления. Кроме осколков, в процессе деления высвобождается несколько (в среднем 2-3) новых нейтронов и огромное количество энергии. Эта энергия выделяется из-за так называемого дефекта масс: суммарная масса продуктов реакции (осколков и нейтронов) оказывается меньше, чем масса исходного ядра урана и поглощенного нейтрона. Эта разница в массе, или дефект масс ($\Delta m$), преобразуется в энергию ($E$) в соответствии с уравнением Эйнштейна:

$E = \Delta m c^2$

где $c$ — скорость света в вакууме. Высвобожденная энергия проявляется в основном в виде кинетической энергии осколков деления и испущенных нейтронов, а также гамма-излучения.

3. Цепная реакция: Нейтроны, образовавшиеся в результате деления одного ядра, могут быть захвачены другими ядрами урана-235, вызывая их деление. Этот процесс повторяется, создавая самоподдерживающуюся цепную реакцию.

4. Управление реакцией: В ядерном реакторе, в отличие от ядерного взрыва, цепная реакция является управляемой. Скорость реакции контролируется с помощью специальных поглощающих стержней (из бора, кадмия), которые вводятся в активную зону реактора и поглощают избыточные нейтроны, не давая реакции стать неконтролируемой. Таким образом, поддерживается постоянная мощность тепловыделения.

Выделившаяся в результате реакции тепловая энергия отводится из активной зоны с помощью теплоносителя (например, воды) и используется для производства пара, который вращает турбины, соединенные с электрогенераторами, для выработки электроэнергии.

Ответ: Источником энергии в ядерных реакторах является управляемая цепная реакция деления тяжелых атомных ядер, в ходе которой происходит преобразование части массы ядер в энергию.