Номер 3, страница 243 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 61. Ядерный реактор. Ядерная энергетика - номер 3, страница 243.

Условие.

3. Как осуществляется управление ядерной реакцией в реакторе?

Решение.

Как осуществляется управление ядерной реакцией в реакторе?

Решение

Управление цепной ядерной реакцией в реакторе заключается в контроле скорости деления ядер, что напрямую связано с количеством свободных нейтронов в активной зоне. Для этого используются несколько механизмов, основной из которых — механический.

1. Управляющие (регулирующие) и аварийные стержни. Это основной и самый оперативный способ управления. Стержни изготавливаются из материалов, которые очень эффективно поглощают нейтроны, не претерпевая при этом деления (например, бор, кадмий, гафний). Эти стержни могут перемещаться внутри активной зоны:

• Введение стержней в активную зону: Стержни поглощают часть нейтронов, которые могли бы вызвать деление ядер урана или плутония. В результате количество делений в единицу времени уменьшается, и цепная реакция замедляется, что приводит к снижению мощности реактора.
• Выведение стержней из активной зоны: Поглощается меньше нейтронов, соответственно, большее их число участвует в реакции деления. Скорость реакции возрастает, и мощность реактора увеличивается.

Состояние реактора характеризуется коэффициентом размножения нейтронов $\text{k}$ — отношением числа нейтронов в данном поколении реакции к числу нейтронов в предыдущем поколении.

• Если $k=1$, реактор находится в критическом состоянии. Число делений ядер постоянно, мощность реактора не меняется. Это штатный режим работы.
• Если $k>1$, реактор находится в надкритическом состоянии. Число делений ядер растет, мощность увеличивается. Этот режим используется для запуска реактора и вывода его на мощность.
• Если $k<1$, реактор находится в подкритическом состоянии. Число делений ядер уменьшается, и реакция затухает.

Таким образом, перемещая стержни, операторы изменяют значение $\text{k}$ и поддерживают его равным единице для стабильной работы или изменяют для регулирования мощности. Для экстренной остановки реактора (глушения) используются стержни аварийной защиты, которые максимально быстро вводятся в активную зону, делая $\text{k}$ значительно меньше единицы.

2. Химическое регулирование. В некоторых типах реакторов (например, водо-водяных) в теплоноситель (воду) добавляют вещество, поглощающее нейтроны, — обычно борную кислоту. Изменяя концентрацию этой кислоты, можно плавно регулировать реактивность в больших пределах, например, для компенсации выгорания ядерного топлива в течение длительного времени.

3. Температурные эффекты. Сама физика реактора обеспечивает элементы саморегулирования. Например, при росте мощности температура топлива и замедлителя растет, что приводит к изменению их свойств и, как правило, к уменьшению коэффициента размножения. Это является естественным фактором пассивной безопасности, который помогает стабилизировать реактор.

Ответ: Управление ядерной реакцией в реакторе осуществляется в основном путем введения в активную зону или выведения из нее специальных стержней, изготовленных из материалов, хорошо поглощающих нейтроны (например, бор или кадмий). Введение стержней уменьшает количество свободных нейтронов и замедляет реакцию, а их выведение — увеличивает количество нейтронов и ускоряет ее, что позволяет точно контролировать мощность реактора и при необходимости экстренно его останавливать.