Номер 1, страница 85 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Самостоятельные работы. СР-64. Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию. Вариант 2 - номер 1, страница 85.

Условие.

1. В чём заключается механизм управления ядерной реакцией деления ядер урана?

Решение.

Решение

Механизм управления ядерной реакцией деления ядер урана основан на контроле за скоростью цепной реакции. Цепная реакция поддерживается нейтронами, которые испускаются при делении одного ядра урана и затем вызывают деление других ядер.

Ключевым параметром, описывающим состояние реакции, является коэффициент размножения нейтронов ($\text{k}$). Этот коэффициент показывает, во сколько раз число нейтронов в данном поколении реакции больше, чем в предыдущем.

• Если $k = 1$, реакция является критической. Число делений ядер в единицу времени постоянно, реактор работает в стационарном режиме с постоянной мощностью.
• Если $k > 1$, реакция является надкритической. Число нейтронов и, следовательно, количество делений лавинообразно нарастает, что приводит к увеличению мощности (в неуправляемом случае – к взрыву).
• Если $k < 1$, реакция является подкритической. Число нейтронов убывает, и реакция затухает.

Управление ядерной реакцией заключается в точном регулировании коэффициента размножения нейтронов. Основным инструментом для этого служат управляющие (регулирующие) стержни.

Эти стержни изготавливаются из материалов, которые очень хорошо поглощают нейтроны, не вступая при этом в реакцию деления. Чаще всего используются бор (B), кадмий (Cd) или гадолиний (Gd).

Механизм управления работает следующим образом:

1. Замедление или остановка реакции: Стержни вводятся в активную зону реактора. Материал стержней поглощает часть нейтронов, которые могли бы вызвать деление. В результате количество свободных нейтронов уменьшается, коэффициент размножения становится меньше единицы ($k < 1$), и реакция замедляется или полностью прекращается. Для экстренной остановки реактора используются аварийные стержни, которые очень быстро вводятся в активную зону.
2. Ускорение реакции или запуск реактора: Стержни постепенно выводятся из активной зоны. Меньше нейтронов поглощается стержнями, их количество в активной зоне растет, коэффициент размножения становится больше единицы ($k > 1$), и мощность реактора увеличивается.
3. Поддержание постоянной мощности: Стержни устанавливаются в такое положение, при котором коэффициент размножения нейтронов поддерживается в точности равным единице ($k = 1$). В этом случае реакция протекает стабильно.

Таким образом, перемещая управляющие стержни, операторы могут запускать реактор, изменять его мощность и останавливать его, обеспечивая безопасное и контролируемое протекание ядерной реакции.

Ответ: Механизм управления ядерной реакцией деления урана заключается в регулировании количества нейтронов в активной зоне реактора с помощью специальных стержней, изготовленных из поглощающих нейтроны материалов (например, бора или кадмия). Введение стержней в активную зону уменьшает число нейтронов и замедляет реакцию ($k < 1$), а их выведение — увеличивает число нейтронов и ускоряет реакцию ($k > 1$). Поддержание стержней в определённом положении позволяет поддерживать реакцию на постоянном уровне мощности ($k = 1$).