Номер 2, страница 279 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

2. В чём заключается управление ядерной реакцией?

Что находится в его активной зоне?

Активная зона ядерного реактора — это его центральная часть, где происходит управляемая цепная ядерная реакция деления. В ней находятся следующие ключевые компоненты:

1. Ядерное топливо — вещество, в котором происходит реакция деления. Чаще всего это уран ($^{235}\text{U}$ или $^{238}\text{U}$), плутоний ($^{239}\text{Pu}$) или другие делящиеся изотопы. Топливо обычно размещается в виде тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), представляющих собой герметичные трубки с топливными таблетками.

2. Замедлитель — вещество, необходимое для уменьшения скорости (энергии) нейтронов, испускаемых при делении ядер. Медленные ("тепловые") нейтроны с большей вероятностью вызывают деление ядер $^{235}\text{U}$. В качестве замедлителя используют обычную воду, тяжелую воду ($D_2O$) или графит.

3. Теплоноситель — жидкая или газообразная среда, которая циркулирует через активную зону для отвода тепла, выделяющегося в результате ядерной реакции. Это тепло затем используется для производства электроэнергии. В качестве теплоносителя могут выступать вода, жидкие металлы (натрий) или газы (гелий). Во многих типах реакторов (например, ВВЭР) вода является одновременно и замедлителем, и теплоносителем.

4. Система управления и защиты (регулирующие стержни) — элементы, предназначенные для контроля скорости реакции, которые также находятся в активной зоне.

Ответ: В активной зоне ядерного реактора находятся ядерное топливо (в ТВЭЛах), замедлитель нейтронов, теплоноситель для отвода тепла и регулирующие стержни для управления реакцией.

В чём заключается управление ядерной реакцией?

Управление ядерной реакцией заключается в контроле её скорости, то есть количества актов деления ядер в единицу времени, что напрямую определяет мощность реактора. Основой управления является поддержание коэффициента размножения нейтронов (k) на заданном уровне. Этот коэффициент показывает отношение числа нейтронов в последующем "поколении" к их числу в предыдущем.

• Если $k = 1$, реакция является самоподдерживающейся (критическое состояние). Число нейтронов постоянно, мощность реактора не меняется. Это штатный режим работы.

• Если $k > 1$, реакция ускоряется (надкритическое состояние). Число нейтронов и мощность экспоненциально растут. Этот режим используется для вывода реактора на мощность.

• Если $k < 1$, реакция затухает (подкритическое состояние). Число нейтронов и мощность падают. Этот режим используется для снижения мощности или остановки реактора.

Управление достигается путем изменения значения $k$. Это делается в основном за счет введения в активную зону или выведения из нее веществ, которые поглощают нейтроны.

Ответ: Управление ядерной реакцией заключается в контроле скорости цепной реакции путем изменения коэффициента размножения нейтронов ($k$). Это позволяет запускать реактор, поддерживать его мощность на постоянном уровне или останавливать его.

Для чего нужны регулирующие стержни? Как они работают?

Назначение регулирующих стержней:

Регулирующие (или управляющие) стержни — это основной инструмент для управления цепной ядерной реакцией. Их функции:

1. Пуск реактора: Плавное извлечение стержней из активной зоны делает коэффициент размножения $k > 1$, что приводит к росту мощности до нужного уровня.

2. Поддержание мощности: Точными перемещениями стержней поддерживается состояние $k = 1$, обеспечивая стабильную работу реактора.

3. Изменение мощности: Для увеличения мощности стержни извлекаются, для уменьшения — вводятся в активную зону.

4. Остановка реактора: Для плановой или аварийной остановки стержни вводятся в активную зону, делая $k < 1$. При аварийной остановке (срабатывание системы аварийной защиты) стержни вводятся максимально быстро, чтобы практически мгновенно прекратить цепную реакцию.

Принцип работы:

Регулирующие стержни изготавливаются из материалов, которые очень хорошо поглощают нейтроны, но сами при этом не делятся. К таким материалам относятся бор (особенно изотоп $^{10}\text{B}$), кадмий, гафний.

Когда стержни вводятся в активную зону, они "перехватывают" и поглощают часть нейтронов, которые в противном случае могли бы вызвать новые деления ядер топлива. Это уменьшает общее число свободных нейтронов в активной зоне и, следовательно, снижает коэффициент размножения $k$.

Когда стержни выводятся из активной зоны, они поглощают меньше нейтронов. В результате больше нейтронов участвует в реакции деления, и коэффициент $k$ возрастает.

Глубина погружения стержней в активную зону точно дозирует количество поглощаемых нейтронов, что позволяет плавно и точно регулировать мощность реактора.

Ответ: Регулирующие стержни нужны для управления скоростью ядерной реакции (пуска, остановки, изменения и поддержания мощности). Они работают за счет поглощения нейтронов: при введении в активную зону они поглощают нейтроны и замедляют реакцию, а при выведении — освобождают нейтроны для поддержания реакции, тем самым увеличивая её скорость.