Номер 7, страница 246 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 49. Ядерный реактор. Вопросы - номер 7, страница 246.

Условие.

7. Как осуществляется управление цепной ядерной реакцией в ядерном реакторе?

Решение.

7. Как осуществляется управление цепной ядерной реакцией в ядерном реакторе?

Управление цепной ядерной реакцией в ядерном реакторе заключается в поддержании постоянной скорости реакции, что обеспечивает стабильную выходную мощность. Это достигается путем контроля коэффициента размножения нейтронов $\text{k}$ — отношения числа нейтронов в последующем поколении к их числу в предыдущем. Для стабильной работы реактора необходимо поддерживать критическое состояние, при котором $k=1$. Если $k > 1$, реакция ускоряется (надкритическое состояние), а если $k < 1$ — затухает (субкритическое состояние). Основными методами управления являются: 1. Использование управляющих стержней. В активную зону реактора вводят или выводят стержни из материалов, которые активно поглощают нейтроны (например, бор, кадмий). Погружение стержней уменьшает количество свободных нейтронов, снижая $\text{k}$ и мощность реактора. Вывод стержней имеет обратный эффект. В аварийных ситуациях стержни быстро и полностью вводятся в активную зону для немедленной остановки реакции. 2. Использование замедлителя. Нейтроны, образующиеся при делении, имеют высокую энергию. Замедлитель (например, вода или графит) снижает их энергию до тепловых значений, при которых они наиболее эффективно вызывают деление ядер урана-235. Температура и плотность замедлителя влияют на эффективность замедления и, следовательно, на скорость реакции, создавая важный механизм обратной связи для саморегулирования. 3. Использование растворимых поглотителей. В теплоноситель (воду) могут добавлять поглощающие нейтроны вещества, например, борную кислоту. Изменение ее концентрации позволяет плавно регулировать реактивность в течение длительного времени, компенсируя, например, выгорание топлива.

Ответ: Управление цепной ядерной реакцией в ядерном реакторе осуществляется главным образом путем введения в активную зону или выведения из нее управляющих стержней, изготовленных из материалов, поглощающих нейтроны (бор, кадмий), что позволяет точно регулировать количество нейтронов и поддерживать коэффициент размножения $k=1$ для стабильной выработки энергии.

8. Каковы преимущества атомных электростанций перед тепловыми?

Атомные электростанции (АЭС) обладают рядом ключевых преимуществ по сравнению с тепловыми электростанциями (ТЭС), работающими на ископаемом топливе (уголь, газ, мазут). Основные из них: 1. Экологическая чистота. АЭС не производят выбросов парниковых газов (таких как $CO_2$) и других загрязнителей воздуха (оксидов серы и азота, сажи), ответственных за изменение климата, кислотные дожди и смог. 2. Высочайшая энергоемкость топлива. Ядерное топливо (уран) имеет огромную плотность энергии. Энергия, выделяемая при делении 1 кг урана, эквивалентна энергии от сжигания тысяч тонн угля. Это кардинально снижает объемы добычи, логистики и хранения топлива. 3. Экономическая эффективность и энергобезопасность. Несмотря на высокую стоимость строительства, эксплуатационные расходы АЭС низки, а топливная составляющая в цене электроэнергии невелика. Это обеспечивает стабильность тарифов и снижает зависимость страны от импорта и волатильности цен на органическое топливо. 4. Надежность и высокая мощность. АЭС работают в режиме базовой нагрузки, обеспечивая стабильное и бесперебойное энергоснабжение 24/7 с очень высоким коэффициентом использования установленной мощности (более 90%). Один современный энергоблок способен обеспечить энергией целый мегаполис. 5. Компактность. Для производства того же количества энергии АЭС занимают значительно меньшую площадь, чем солнечные или ветровые электростанции.

Ответ: Ключевыми преимуществами АЭС перед ТЭС являются отсутствие выбросов парниковых газов и загрязнителей атмосферы, огромная концентрация энергии в ядерном топливе, что обеспечивает низкие топливные затраты, а также высокая надежность и стабильность производства больших объемов электроэнергии.