§109. Ядерный реактор 1. Каково устройство и принцип действия ядерного реактора?

Решение:

Устройство ядерного реактора:

• Активная зона: содержит ядерное топливо (например, обогащенный уран) в виде тепловыделяющих сборок (ТВС).
• Замедлитель: (графит, вода, тяжелая вода) — замедляет быстрые нейтроны до тепловых, увеличивая вероятность деления $${}^{235}U$$.
• Теплоноситель: (вода, газ, жидкий металл) — отводит тепло, выделяющееся в активной зоне, для производства электроэнергии.
• Регулирующие (управляющие) стержни: (бор, кадмий) — поглощают нейтроны, позволяя регулировать мощность реактора и останавливать цепную реакцию.
• Отражатель нейтронов: (бериллий, графит) — окружает активную зону, отражает улетающие нейтроны обратно, уменьшая утечку и повышая эффективность реакции.
• Защита: (бетон, свинец) — предотвращает выход радиации за пределы реактора.

Принцип действия:

1. В активной зоне происходит цепная реакция деления ядер $${}^{235}U$$ под действием нейтронов.
2. При делении выделяются новые нейтроны, которые замедляются в замедлителе.
3. Некоторые из этих нейтронов вызывают деление других ядер $${}^{235}U$$, поддерживая цепную реакцию ($$k ≈ 1$$).
4. Выделившееся тепло передается теплоносителю.
5. Теплоноситель нагревает воду, пар вращает турбину, которая приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество.
6. Мощность реактора регулируется путем перемещения управляющих стержней, которые поглощают избыточные нейтроны.

Финальный ответ:

Ядерный реактор состоит из активной зоны с топливом, замедлителя, теплоносителя, управляющих стержней и защиты. Принцип его действия основан на управляемой цепной реакции деления ядер, где выделяющееся тепло используется для производства электроэнергии.