Образовака🌡️ Физика9 классСтроение атома и атомного ядра. использование энергии атомных ядер

Ядерный реактор

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 391.

Главной частью любой атомной электростанции является ядерный реактор, вырабатывающий энергию, которая потом направляется на генераторы. Рассмотрим кратко его устройство и принцип действия.

Принцип работы атомного реактора

Во всех существующих атомных электростанциях энергия вырабатывается за счет деления ядер тяжелых элементов (чаще всего урана-235 или плутония-239) .

Ключевым моментом этого процесса является управление скоростью распада. Если скорость будет слишком низка – цепная реакция прекратится, распад перестанет быть самоподдерживающимся. Если скорость будет слишком велика – произойдет резкое увеличение выделения энергии, что приведет к взрыву.

Таким образом, ядерный реактор должен иметь возможность увеличивать и уменьшать скорость распада. Это делается путем регулирования коэффициента размножения нейтронов. Нейтроны играют важнейшую роль в цепной реакции, низкий коэффициент размножения нейтронов приведет к ее остановке, высокий – к неконтролируемому увеличению скорости распада. Коэффициент должен постоянно оставаться близким к $k = 1$.

Управление коэффициентом размножения нейтронов достигается путем введение в зону реакции конструктивных элементов (стержней), содержащих вещество, хорошо поглощающее нейтроны. При этом если эти стержни полностью выведены из зоны реакции – коэффициент размножения становится больше единицы, а если полностью введены – меньше.

Кроме того, поскольку быстрые нейтроны имеют гораздо меньшую вероятность захвата ядрами, в реакторе должно присутствовать вещество, замедляющее нейтроны.

Устройство реактора

Устройство ядерного реактора представлено на следующем рисунке:

В рабочей зоне ядерного реактора находятся стержни или пластины из урана или плутония, окруженные теплоносителем, который одновременно является и замедлителем нейтронов (как правило, это тяжелая вода).

В пространство между этими пластинами или стержнями из ядерного топлива помещаются регулирующие стержни из вещества, хорошо поглощающего нейтроны (бор, кадмий, графит). Именно с помощью этих стержней осуществляется управление цепной реакцией распада. Для этого регулирующие стержни имеют механизмы ввода и удаления их из рабочей зоны реактора.

Нагретый теплоноситель поступает через трубопровод первого контура в парогенератор, где передает тепло во второй контур, и, охлаждаясь, возвращается в зону реакции.

Вся рабочая зона окружается толстой защитной оболочкой, задерживающей нейтроны и γ-излучение. Таким образом, все критически ответственные и потенциально опасные элементы реактора работают в стабильных условиях закрытого пространства, что повышает надежность и безопасность работы.

Реактор – это уникальная часть атомной электростанции. Но тепло, полученное во втором контуре, используется точно так же, как и в обычных тепловых электростанциях – теплоноситель подается на турбину, вращающую электрические генераторы. Эта тема изучается при изучении электричества.

Что мы узнали?

Ядерный реактор – это устройство, в котором происходит управляемая цепная реакция распада тяжелых ядер. Управление цепной реакцией производится с помощью частичного введения в зону реакции стержней из вещества, хорошо поглощающего нейтроны. Это позволяет изменять коэффициент размножения нейтронов и скорость цепной реакции.