Номер 1, страница 178 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

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

1. Ядерные реакторы — это устройства, в которых осуществляется и поддерживается управляемая цепная ядерная реакция деления тяжелых ядер, сопровождающаяся выделением огромного количества энергии.

Для чего созданы ядерные реакторы?

Основное назначение большинства ядерных реакторов — производство тепловой энергии. Эта энергия затем используется для различных целей:

• Производство электроэнергии: Это самая распространенная сфера применения. На атомных электростанциях (АЭС) тепло, выделяемое в реакторе, используется для нагрева воды и превращения её в пар. Пар под высоким давлением вращает турбину, которая соединена с электрогенератором, вырабатывающим электрический ток. Этот принцип аналогичен работе обычных тепловых электростанций, но вместо сжигания угля, газа или мазута используется энергия деления атомных ядер.

• Силовые установки: Компактные и мощные ядерные реакторы используются в качестве источников энергии на транспортных средствах, требующих длительной автономной работы. В первую очередь, это атомные подводные лодки и атомные ледоколы, а также тяжелые авианесущие крейсеры.

• Производство изотопов: В реакторах в результате облучения нейтронами исходных материалов получают различные радиоактивные изотопы, которые находят применение в медицине (диагностика, лучевая терапия), промышленности (дефектоскопия, датчики) и научных исследованиях.

• Научные исследования: Исследовательские реакторы являются мощными источниками нейтронов, которые используются для изучения структуры вещества, проведения материаловедческих исследований и в других областях фундаментальной и прикладной науки.

Как они устроены?

Несмотря на разнообразие конструкций, все ядерные реакторы имеют несколько основных компонентов:

1. Активная зона — центральная часть реактора, где находится ядерное топливо и происходит цепная реакция. Она состоит из тепловыделяющих сборок (ТВС), которые, в свою очередь, состоят из тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов).

2. Ядерное топливо — вещество, в котором происходит реакция деления. Чаще всего это изотопы урана ($U_{92}^{235}$) или плутония ($Pu_{94}^{239}$). Топливо обычно имеет форму таблеток, которые помещаются в герметичные оболочки из циркониевого сплава, образуя ТВЭЛ.

3. Замедлитель — вещество, необходимое для замедления нейтронов, образующихся при делении ядер. Быстрые нейтроны менее эффективно вызывают деление ядер $U_{92}^{235}$, поэтому их энергию нужно уменьшить до так называемых "тепловых" скоростей. В качестве замедлителя используют обычную воду, тяжелую воду ($D_2O$) или графит.

4. Теплоноситель — жидкое или газообразное вещество, которое прокачивается через активную зону для отвода выделяющегося тепла. Это тепло затем используется для производства пара. В качестве теплоносителя может выступать вода (которая одновременно может быть и замедлителем), жидкие металлы (например, натрий) или газы (гелий, углекислый газ).

5. Система управления и защиты (СУЗ) — предназначена для управления мощностью реактора и его экстренной остановки. Основным элементом СУЗ являются управляющие и аварийные стержни, изготовленные из материалов, хорошо поглощающих нейтроны (например, бор, кадмий). Введение стержней в активную зону замедляет или полностью прекращает цепную реакцию, а их извлечение — ускоряет.

6. Отражатель нейтронов — слой материала (часто того же, что и замедлитель), окружающий активную зону. Он отражает нейтроны, которые пытаются покинуть активную зону, обратно, что повышает эффективность использования топлива и позволяет уменьшить размеры реактора.

7. Биологическая защита — мощная оболочка из бетона с добавками, стали и других материалов, окружающая реактор и его оборудование. Она предназначена для защиты персонала и окружающей среды от ионизирующего излучения (нейтронов и гамма-квантов), возникающего при работе реактора.

Ответ: Ядерные реакторы созданы для осуществления управляемой цепной ядерной реакции с целью получения энергии. Эта энергия используется в основном для производства электричества, а также для приведения в движение судов, производства медицинских и промышленных изотопов и для научных исследований. Основными компонентами реактора являются: активная зона с ядерным топливом, замедлитель нейтронов, теплоноситель для отвода тепла, система управления и защиты (регулирующие стержни) и биологическая защита.