Номер 836, страница 123 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Состав атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи. Деление ядер урана - номер 836, страница 123.

Условие.

836. На рисунке 180 изображён атомный реактор. Назовите указанные на рисунке его составные части и их назначение. Почему интенсивность цепной реакции в реакторе регулируется перемещением стержней из кадмия?

Рис. 180

Решение.

Назовите указанные на рисунке его составные части и их назначение.

На рисунке изображена активная зона ядерного реактора. Указанные части имеют следующее назначение:

1 – Топливные стержни (ТВЭЛы). Они содержат делящееся вещество, как правило, обогащенный уран ($^{235}\text{U}$) или плутоний ($^{239}\text{Pu}$). Назначение этих стержней — служить местом протекания управляемой цепной реакции деления ядер, в ходе которой выделяется огромное количество тепловой энергии.

2 – Регулирующие (или управляющие) стержни. Их изготавливают из материалов, которые очень хорошо поглощают нейтроны, например, из кадмия ($Cd$) или бора ($B$). Их назначение — контроль и управление интенсивностью цепной реакции.

Ответ: 1 – топливные стержни с ядерным топливом, в которых протекает цепная реакция с выделением энергии; 2 – регулирующие стержни, предназначенные для управления скоростью этой реакции.

Почему интенсивность цепной реакции в реакторе регулируется перемещением стержней из кадмия?

Цепная реакция в ядерном реакторе поддерживается нейтронами, которые освобождаются при делении атомных ядер. Чтобы реакция была управляемой и протекала с постоянной мощностью, необходимо, чтобы число нейтронов, вызывающих деление ядер в каждом последующем поколении, было равно числу нейтронов в предыдущем (коэффициент размножения нейтронов $k=1$).

Кадмий обладает свойством очень эффективно поглощать тепловые нейтроны. Когда стержни из кадмия вводят в активную зону реактора (пространство между топливными стержнями), они "перехватывают" и поглощают значительную часть нейтронов. В результате уменьшается число нейтронов, способных вызвать деление ядер урана, и цепная реакция замедляется ($k<1$).

Когда стержни постепенно выводят из активной зоны, поглощение нейтронов уменьшается, их количество в активной зоне возрастает, и интенсивность реакции увеличивается ($k>1$). Таким образом, перемещая кадмиевые стержни внутрь или наружу активной зоны, можно точно регулировать количество свободных нейтронов и, следовательно, управлять скоростью цепной реакции и мощностью реактора, поддерживая ее на безопасном и стабильном уровне.

Ответ: Стержни из кадмия являются сильными поглотителями нейтронов. Их перемещение позволяет изменять количество нейтронов в активной зоне реактора, тем самым управляя (увеличивая или уменьшая) интенсивностью цепной реакции.