Задание 4, страница 232 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 4

По рисунку 225 объясните принцип действия атомной электростанции.

Почему в турбину не подают воду, контактирующую непосредственно с ядерным реактором?

По рисунку 225 объясните принцип действия атомной электростанции.

Принцип действия атомной электростанции (АЭС) заключается в преобразовании ядерной энергии в электрическую. Этот процесс, как правило, включает несколько этапов и использует несколько изолированных друг от друга контуров.
1. Первый контур (реакторный). В сердце АЭС, ядерном реакторе, происходит управляемая цепная реакция деления ядер, например, урана-235. В результате этой реакции выделяется огромное количество тепловой энергии. Эта энергия нагревает теплоноситель (обычно воду под высоким давлением), который циркулирует через активную зону реактора. Высокое давление в первом контуре необходимо, чтобы вода не закипала, оставаясь в жидком состоянии при температуре свыше 300°C.
2. Второй контур (паротурбинный). Нагретая в реакторе вода из первого контура поступает в парогенератор. Парогенератор — это большой теплообменник, где тепло от воды первого контура передается воде второго контура. Поскольку давление во втором контуре значительно ниже, вода в нем закипает и превращается в пар высокого давления.
3. Выработка электроэнергии. Горячий пар из парогенератора по паропроводам направляется на лопасти паровой турбины. Расширяясь, пар заставляет турбину вращаться с большой скоростью. Турбина механически соединена с электрогенератором, который преобразует механическую энергию вращения в электрическую энергию.
4. Конденсация и охлаждение. Пройдя через турбину и отдав свою энергию, пар поступает в конденсатор. В конденсаторе он охлаждается водой из третьего контура (которая может забираться из реки, озера или охлаждаться в специальных башнях-градирнях). При охлаждении пар конденсируется обратно в воду, которая насосом снова подается в парогенератор, замыкая таким образом второй контур.
В итоге на АЭС происходит следующая последовательность преобразования энергии: ядерная энергия → тепловая энергия воды и пара → механическая энергия вращения турбины → электрическая энергия.

Ответ: На атомной электростанции тепло, выделяемое в ядерном реакторе в результате цепной реакции, используется для нагрева воды и образования пара. Пар вращает турбину, которая приводит в действие электрогенератор, вырабатывающий электрический ток.

Почему в турбину не подают воду, контактирующую непосредственно с ядерным реактором?

Воду, которая циркулирует в первом контуре и напрямую контактирует с активной зоной ядерного реактора, не подают в турбину из-за соображений радиационной безопасности. Основная причина — эта вода становится радиоактивной.
Радиоактивность воды первого контура возникает из-за процесса, называемого нейтронной активацией. В ходе цепной реакции в реакторе образуется мощный поток нейтронов. Эти нейтроны, бомбардируя ядра атомов самой воды ($H_2O$) и растворенных в ней примесей, могут превращать их в нестабильные (радиоактивные) изотопы. Таким образом, весь теплоноситель первого контура становится источником ионизирующего излучения.
Если бы эту радиоактивную воду или полученный из нее пар направить непосредственно в турбину, это привело бы к серьезным негативным последствиям:
1. Радиоактивное загрязнение оборудования. Турбина, генератор, конденсатор и все трубопроводы второго контура стали бы радиоактивными.
2. Угроза для персонала. Обслуживание и ремонт этого оборудования стали бы чрезвычайно опасными для здоровья работников станции из-за высокого уровня радиации в машинном зале.
3. Риск для окружающей среды. Любая, даже самая малая, негерметичность в паротурбинном контуре (например, утечка пара) приводила бы к выбросу радиоактивных веществ в окружающую среду.
Для предотвращения этого на большинстве АЭС (типа ВВЭР или PWR) используется двухконтурная схема. Она позволяет надежно изолировать радиоактивный первый контур от "чистого" второго контура, где работает турбина. Тепло между ними передается через стенки трубок в парогенераторе без прямого смешивания теплоносителей. Это является фундаментальным принципом обеспечения безопасности атомных станций.

Ответ: Вода, контактирующая с ядерным реактором, становится радиоактивной. Чтобы предотвратить радиоактивное загрязнение турбины и другого оборудования, а также для обеспечения безопасности персонала и защиты окружающей среды, используется промежуточный (второй) контур с нерадиоактивным паром.