Номер 854, страница 126 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Состав атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи. Деление ядер урана. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер - номер 854, страница 126.

854. За счёт чего осуществляется регулирование скорости ядерного деления тяжёлых атомов в ядерных реакторах атомных электростанций?

Решение

Регулирование скорости цепной реакции деления тяжёлых ядер в ядерных реакторах основано на управлении количеством нейтронов в активной зоне. Основным инструментом для этого являются управляющие (или регулирующие) стержни.

Эти стержни изготавливаются из материалов, способных эффективно поглощать нейтроны, не претерпевая при этом деления. В качестве таких материалов обычно используют бор ($B$), кадмий ($Cd$), гафний ($Hf$) и их сплавы. Стержни могут механически перемещаться внутри активной зоны реактора – их можно вдвигать или выдвигать.

Принцип управления заключается в следующем:

1. Замедление реакции: При введении стержней в активную зону они поглощают значительную часть свободных нейтронов. В результате уменьшается число нейтронов, способных вызвать новые акты деления ядер топлива (например, урана-235). Цепная реакция замедляется, и мощность реактора снижается.

2. Ускорение реакции: При выведении стержней из активной зоны количество поглощаемых ими нейтронов уменьшается. Большее число нейтронов получает возможность участвовать в реакции деления, что приводит к её ускорению и росту мощности реактора.

Состояние реактора характеризуется коэффициентом размножения нейтронов $k$ — отношением числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущем. Для стабильной работы на постоянной мощности необходимо поддерживать критическое состояние, при котором $k=1$. Если $k<1$, реакция затухает (подкритическое состояние), а если $k>1$ — лавинообразно нарастает (надкритическое состояние). Перемещая управляющие стержни, операторы изменяют значение $k$, тем самым точно регулируя скорость реакции и мощность реактора.

В некоторых типах реакторов, помимо стержней, для более плавного и долгосрочного регулирования (например, для компенсации выгорания топлива) используется растворение в теплоносителе (воде) веществ, поглощающих нейтроны, например, борной кислоты.

Ответ: Регулирование скорости ядерного деления в реакторах атомных электростанций осуществляется в основном за счёт введения в активную зону или выведения из неё специальных управляющих стержней, которые изготовлены из материалов, эффективно поглощающих нейтроны (например, бор или кадмий). Это позволяет контролировать количество нейтронов, участвующих в цепной реакции, и тем самым управлять мощностью реактора.