Номер 1, страница 279 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Что такое ядерный реактор? Назовите основные части реактора. Что находится в его активной зоне?

1. Что такое ядерный реактор? Назовите основные части реактора. Что находится в его активной зоне?

Ядерный (или атомный) реактор — это устройство, предназначенное для осуществления и поддержания управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления тяжёлых ядер. Основной целью работы реактора является высвобождение большого количества тепловой энергии, которая затем, как правило, преобразуется в электрическую энергию на атомных электростанциях (АЭС).

Основными частями ядерного реактора являются:

• Активная зона — центральная часть реактора, где непосредственно происходит цепная реакция.
• Отражатель нейтронов — слой материала, окружающий активную зону и предназначенный для возвращения в неё нейтронов, которые иначе покинули бы её. Это повышает эффективность использования ядерного топлива. В качестве отражателя часто используют тот же материал, что и в качестве замедлителя (например, графит или вода).
• Теплоноситель — жидкое или газообразное вещество (например, обычная вода, тяжёлая вода, жидкий натрий, углекислый газ), которое прокачивается через активную зону для отвода выделяющегося в ней тепла.
• Система управления и защиты (СУЗ) — комплекс устройств, предназначенных для управления мощностью реактора и его быстрой остановки (заглушения) в случае необходимости. Основным элементом СУЗ являются управляющие стержни.
• Радиационная защита (биологическая защита) — система барьеров (обычно из бетона, стали и воды), окружающих реактор и предназначенных для ослабления ионизирующего излучения до безопасного для персонала и окружающей среды уровня.

В активной зоне реактора находятся:

• Ядерное топливо — вещество, в котором происходит реакция деления. Чаще всего это изотопы урана ($^{235}U$, $^{238}U$) или плутония ($^{239}Pu$), размещенные в виде тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов).
• Замедлитель нейтронов — вещество, необходимое для уменьшения кинетической энергии быстрых нейтронов, образующихся при делении ядер. Медленные (тепловые) нейтроны с гораздо большей вероятностью вызывают деление ядер $^{235}U$, что необходимо для поддержания цепной реакции. В качестве замедлителя используют воду, тяжёлую воду, графит.

Ответ: Ядерный реактор — это устройство для осуществления управляемой цепной ядерной реакции. Его основные части: активная зона, отражатель, теплоноситель, система управления и защиты, радиационная защита. В активной зоне находятся ядерное топливо и замедлитель нейтронов.

2. В чём заключается управление (реактором)?

Управление ядерным реактором заключается в контроле за скоростью цепной реакции деления, то есть в управлении его мощностью. Ключевым параметром, который характеризует состояние реактора, является коэффициент размножения нейтронов $k$. Этот коэффициент показывает отношение числа нейтронов, вызывающих деление ядер в данном поколении, к числу нейтронов, вызвавших деление в предыдущем поколении.

• Если $k = 1$, число делений в единицу времени постоянно. Реактор находится в критическом состоянии, его мощность не изменяется.
• Если $k > 1$, число делений лавинообразно нарастает. Реактор находится в надкритическом состоянии, его мощность увеличивается.
• Если $k < 1$, число делений уменьшается. Реактор находится в подкритическом состоянии, реакция затухает, а мощность падает.

Управление реактором сводится к поддержанию коэффициента размножения на уровне, близком к единице ($k \approx 1$), а также к его плавному изменению для увеличения или уменьшения мощности.

Основным инструментом управления служат управляющие стержни, которые изготавливаются из материалов, активно поглощающих нейтроны (например, бор, кадмий, гафний). Эти стержни могут вводиться в активную зону или выводиться из неё.

• Введение стержней в активную зону приводит к поглощению части нейтронов. В результате коэффициент размножения $k$ становится меньше единицы ($k < 1$), и мощность реактора снижается.
• Выведение стержней из активной зоны уменьшает поглощение нейтронов, коэффициент $k$ становится больше единицы ($k > 1$), и мощность реактора растёт.

Для экстренной остановки реактора используется система аварийной защиты, которая обеспечивает очень быстрое введение в активную зону всех управляющих и специальных аварийных стержней. Это приводит к резкому падению коэффициента размножения ($k \ll 1$) и практически мгновенному прекращению цепной реакции.

Ответ: Управление реактором заключается в регулировании его мощности путем изменения коэффициента размножения нейтронов $k$ с помощью введения в активную зону или выведения из неё управляющих стержней, изготовленных из материалов, поглощающих нейтроны.