Номер 3, страница 307 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 64. Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию. Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер - номер 3, страница 307.

3. Для чего нужны регулирующие стержни? Как ими пользуются?

Регулирующие стержни являются ключевым элементом системы управления и защиты (СУЗ) ядерного реактора. Их основное назначение — управление мощностью реактора и его безопасное глушение.

Регулирующие стержни изготавливаются из материалов, которые эффективно поглощают нейтроны, не претерпевая при этом деления. Чаще всего используются бор (в виде карбида бора $B_4C$), кадмий или гафний.

Принцип их действия основан на управлении коэффициентом размножения нейтронов ($k$). Этот коэффициент показывает отношение числа нейтронов в данном поколении цепной реакции к числу нейтронов в предыдущем поколении.

• Если $k > 1$, цепная реакция ускоряется (реактор надкритичен).
• Если $k = 1$, реакция протекает со стационарной скоростью (реактор критичен).
• Если $k < 1$, реакция затухает (реактор подкритичен).

Использование стержней:

• Для запуска и повышения мощности реактора: стержни постепенно извлекаются из активной зоны. Это уменьшает поглощение нейтронов, увеличивает их количество, участвующее в делении, и повышает $k$ до значения больше единицы. Когда достигается нужная мощность, стержни возвращаются в положение, при котором $k=1$.
• Для поддержания постоянной мощности: стержни находятся в промежуточном положении, обеспечивая критическое состояние ($k=1$). Их положение может автоматически корректироваться для компенсации изменений в реактивности, например, из-за выгорания топлива.
• Для снижения мощности и остановки реактора: стержни вводятся (погружаются) в активную зону. Они поглощают избыточные нейтроны, $k$ становится меньше единицы, и интенсивность реакции снижается. Для быстрой (аварийной) остановки реактора стержни (аварийной защиты) быстро и полностью вводятся в активную зону, что практически мгновенно прекращает цепную реакцию.

Таким образом, перемещая регулирующие стержни внутри активной зоны, операторы могут точно контролировать скорость цепной реакции и, следовательно, тепловую мощность реактора.

Ответ: Регулирующие стержни нужны для управления скоростью цепной ядерной реакции (и, следовательно, мощностью реактора) путем поглощения нейтронов. Ими пользуются, вводя их в активную зону для замедления или остановки реакции и выводя из нее для ускорения реакции или поддержания ее на заданном уровне.

4. Вещество-замедлитель в ядерном реакторе (например, вода, тяжелая вода, графит) имеет основную функцию — замедление быстрых нейтронов, образующихся при делении ядер, до тепловых энергий. При таких энергиях вероятность захвата нейтрона ядром урана-235 с последующим делением значительно выше.

Второй важной функцией, которую часто выполняет вещество-замедлитель, является функция теплоносителя. В наиболее распространенных типах реакторов, таких как водо-водяные (ВВЭР, PWR) и кипящие (BWR), в качестве замедлителя используется обычная («легкая») вода. Эта же вода циркулирует через активную зону, отводя от тепловыделяющих сборок (ТВС) огромное количество тепла, выделяющегося в результате реакции деления. Затем это тепло используется для производства пара, который вращает турбину электрогенератора.

Таким образом, вещество-замедлитель (в данном случае вода) выполняет две критически важные задачи одновременно: поддерживает цепную реакцию, замедляя нейтроны, и охлаждает реактор, отводя тепловую энергию для ее дальнейшего преобразования в электрическую.

Ответ: Вторая функция, которую часто выполняет вещество-замедлитель (например, вода в водо-водяных реакторах), — это функция теплоносителя, то есть отвод тепла из активной зоны реактора.