Номер 7, страница 121 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

7. Для чего в реакторе есть управляющие стержни?

7. Управляющие стержни в ядерном реакторе — это ключевой элемент системы управления и безопасности, предназначенный для контроля за скоростью цепной ядерной реакции.

Принцип работы ядерного реактора основан на цепной реакции деления тяжелых ядер, например, урана-235 ($^{235}U$). При делении одного ядра высвобождается энергия и несколько (в среднем 2-3) свободных нейтронов. Эти нейтроны, в свою очередь, могут вызвать деление других ядер, что приводит к экспоненциальному росту числа делений, если процесс не контролировать.

Для описания состояния реактора используется коэффициент размножения нейтронов $\text{k}$. Он показывает отношение числа нейтронов в данном поколении реакции к числу нейтронов в предыдущем поколении.

• Если $k > 1$, реакция ускоряется (реактор находится в надкритическом состоянии).
• Если $k = 1$, реакция идет с постоянной скоростью (критическое состояние).
• Если $k < 1$, реакция затухает (подкритическое состояние).

Управляющие стержни изготовлены из материалов, которые очень хорошо поглощают нейтроны, не делясь при этом. Чаще всего для этого используют бор ($\text{B}$), кадмий ($ ext{Cd}$), гадолиний ($ ext{Gd}$) или их сплавы.

Основная функция управляющих стержней заключается в изменении коэффициента размножения нейтронов $\text{k}$ путем их поглощения:

1. Запуск и вывод на мощность: Для запуска реактора стержни постепенно извлекают из активной зоны. Это уменьшает поглощение нейтронов, коэффициент $\text{k}$ становится больше единицы, и мощность реактора начинает расти.
2. Поддержание стабильной мощности: Когда реактор достигает нужного уровня мощности, стержни вводятся в активную зону на такую глубину, чтобы коэффициент $\text{k}$ стал равен единице. В этом состоянии реактор работает стабильно, выделяя постоянное количество энергии.
3. Снижение мощности и остановка реактора: Для уменьшения мощности или полной остановки реактора (заглушения) стержни вводят в активную зону. Они поглощают большое количество нейтронов, коэффициент $\text{k}$ становится значительно меньше единицы, и цепная реакция быстро затухает. Стержни, предназначенные для быстрой аварийной остановки, называются стержнями аварийной защиты.

Таким образом, перемещая управляющие стержни внутри или снаружи активной зоны, операторы могут точно регулировать количество нейтронов, участвующих в реакции, и, следовательно, управлять мощностью реактора и обеспечивать его безопасную эксплуатацию.

Ответ: Управляющие стержни в реакторе необходимы для контроля скорости цепной ядерной реакции путем поглощения избыточных нейтронов. Это позволяет запускать реактор, поддерживать его работу на заданной мощности, а также осуществлять плановую или аварийную остановку.