Номер 1, страница 255 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

1. Для чего созданы ядерные реакторы? Как они устроены?

Для чего созданы ядерные реакторы?

Ядерные реакторы созданы для осуществления управляемой цепной реакции деления тяжелых атомных ядер с целью высвобождения большого количества энергии. Эта энергия используется в различных целях:

1. Производство электроэнергии. Это основное и наиболее известное применение. Тепло, выделяющееся в реакторе в результате ядерной реакции, используется для нагрева воды и получения пара. Пар вращает турбину, которая соединена с электрогенератором, вырабатывающим электрический ток. Атомные электростанции (АЭС) являются важным источником электроэнергии во многих странах.

2. Силовые установки. Компактность и огромная энергоемкость ядерного топлива позволяют создавать силовые установки, способные работать длительное время без дозаправки. Такие реакторы устанавливаются на атомных подводных лодках, авианосцах и ледоколах, обеспечивая им высокую автономность.

3. Производство радиоактивных изотопов. В процессе работы реактора образуются различные радиоактивные изотопы, которые находят широкое применение в медицине (для диагностики и лечения онкологических заболеваний), промышленности (в измерительных приборах, для стерилизации, дефектоскопии) и в научных исследованиях.

4. Научные исследования. Исследовательские реакторы служат мощными источниками нейтронов, которые используются для изучения структуры и свойств различных материалов, проведения экспериментов в области ядерной физики и радиационного материаловедения.

5. Другие применения. Перспективными направлениями являются использование тепла ядерных реакторов для опреснения морской воды, производства водорода в промышленных масштабах и для централизованного теплоснабжения.

Ответ: Ядерные реакторы созданы для контролируемого высвобождения ядерной энергии, которая используется преимущественно для производства электроэнергии, а также в качестве силовых установок на судах, для наработки радиоактивных изотопов и для проведения научных исследований.

Как они устроены?

Несмотря на существование различных конструкций, любой ядерный реактор включает в себя несколько обязательных ключевых компонентов:

1. Активная зона – это «сердце» реактора, где протекает цепная ядерная реакция. Она содержит:
- Ядерное топливо: вещество, в котором происходит деление ядер. Чаще всего это уран, обогащенный по изотопу $U^{235}$, в виде таблеток, заключенных в герметичные трубки – тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы).
- Замедлитель: вещество (обычная вода, тяжелая вода $D_2O$, графит), необходимое для замедления быстрых нейтронов, испускаемых при делении, до тепловых скоростей. Тепловые нейтроны гораздо эффективнее вызывают деление ядер $U^{235}$.

2. Теплоноситель – жидкое или газообразное вещество (вода, жидкий натрий, гелий), которое протекает через активную зону, отводит выделяющееся тепло и переносит его к парогенератору или непосредственно на турбину.

3. Система управления и защиты (СУЗ) – предназначена для управления скоростью цепной реакции и ее прекращения. Состоит из:
- Регулирующих (управляющих) стержней: изготовлены из материалов, хорошо поглощающих нейтроны (например, бор или кадмий). Их перемещение внутри активной зоны позволяет изменять мощность реактора.
- Стержней аварийной защиты: обеспечивают быструю и полную остановку реактора в случае возникновения нештатной ситуации путем их экстренного ввода в активную зону.

4. Отражатель нейтронов – слой материала (часто из того же, что и замедлитель), окружающий активную зону. Он отражает часть нейтронов, пытающихся покинуть зону, обратно, что повышает эффективность использования топлива и позволяет уменьшить размеры реактора.

5. Корпус реактора – прочный герметичный стальной сосуд, в котором располагается активная зона и другие внутриреакторные устройства. Он рассчитан на работу при высоких температурах и давлениях.

6. Биологическая защита – мощный защитный барьер из бетона, стали и других материалов, окружающий реактор. Его задача – поглощать ионизирующее излучение (нейтроны и гамма-кванты) до уровня, безопасного для персонала и окружающей среды.

Ответ: Ядерный реактор устроен как установка, содержащая активную зону с ядерным топливом и замедлителем, где происходит реакция; теплоноситель для отвода энергии; систему стержней для управления и защиты; отражатель нейтронов; все это заключено в прочный корпус и окружено биологической защитой.