Номер 1, страница 307 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 64. Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию. Ответь на вопросы - номер 1, страница 307.

Условие.

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

Решение.

Решение 2.

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

Ядерный (или атомный) реактор — это устройство, в котором осуществляется управляемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления тяжелых ядер с целью выработки энергии.

Основные части ядерного реактора:

• Активная зона — центральная часть реактора, где происходит цепная реакция.
• Отражатель нейтронов — окружает активную зону и возвращает в неё часть вылетающих нейтронов, что уменьшает утечку нейтронов и позволяет сэкономить ядерное топливо.
• Теплоноситель (например, вода, жидкий натрий) — вещество, которое проходит через активную зону, нагревается за счёт энергии реакции и передаёт эту тепловую энергию для дальнейшего использования (например, для вращения турбин электрогенератора).
• Система управления и защиты (СУЗ) — включает в себя управляющие и аварийные стержни, которые вводятся в активную зону или выводятся из неё для регулирования скорости реакции.
• Радиационная защита — система биологической защиты (обычно из бетона с железным наполнителем), которая окружает реактор и ослабляет ионизирующее излучение до безопасного для персонала и окружающей среды уровня.

В активной зоне реактора находятся:

• Ядерное топливо — вещество (чаще всего уран-235, $ ^{235}\text{U} $, или плутоний-239, $ ^{239}\text{Pu} $), в котором происходит реакция деления. Топливо обычно размещается в виде тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов).
• Замедлитель нейтронов — вещество (например, обычная или тяжелая вода, графит), необходимое для замедления быстрых нейтронов, образующихся при делении, до тепловых энергий. Медленные нейтроны с большей вероятностью вызывают деление ядер топлива.

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

2. В чём заключается управление реакцией деления в реакторе?

Управление цепной реакцией деления в ядерном реакторе заключается в регулировании скорости протекания реакции, то есть в изменении числа делений ядер в единицу времени. Это достигается за счет управления количеством нейтронов в активной зоне.

Ключевым параметром является коэффициент размножения нейтронов $k$. Этот коэффициент показывает отношение числа нейтронов в данном поколении реакции к числу нейтронов в предыдущем поколении.

• Если $k = 1$, реакция протекает в стационарном режиме (критическое состояние), мощность реактора постоянна.
• Если $k > 1$, интенсивность реакции нарастает (надкритическое состояние), мощность реактора увеличивается.
• Если $k < 1$, реакция затухает (подкритическое состояние), мощность реактора уменьшается.

Для управления коэффициентом размножения используется система управления и защиты (СУЗ). Основным элементом этой системы являются управляющие стержни, изготовленные из материалов, которые хорошо поглощают нейтроны (например, бор или кадмий).

Вводя стержни в активную зону, мы увеличиваем поглощение нейтронов, что приводит к уменьшению коэффициента $k$ и снижению мощности реактора. Выводя стержни из активной зоны, мы уменьшаем поглощение нейтронов, что приводит к увеличению коэффициента $k$ и росту мощности. Полное введение стержней в активную зону (в том числе аварийных) приводит к полному прекращению цепной реакции ($k < 1$) и остановке реактора.

Ответ: Управление реакцией заключается в регулировании её скорости путём изменения коэффициента размножения нейтронов $k$. Это достигается введением в активную зону или выведением из неё управляющих стержней, изготовленных из материалов, поглощающих нейтроны (бор, кадмий). Введение стержней уменьшает $k$ и замедляет реакцию, а их выведение увеличивает $k$ и ускоряет реакцию.