4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В чем заключается управление ядерной реакцией

Ядерный реактор. Атомная энергетика

Ядерный реактор – это устройство, предназначенное для осуществления управляемой ядерной реакции.

Управление ядерной реакцией заключается в регулировании скорости размножения свободных нейтронов в уране, чтобы их число оставалось постоянным – в таком случае реакция будет продолжаться столько времени, сколько необходимо, не переходя во взрыв. Рассмотрим принцип действия реактора, в котором в качестве ядерного топлива используется в основном уран-235. В природном уране этого изотопа всего 0.7%, поэтому необходимо провести обогащение урана, то есть увеличить процентное содержание нужного изотопа до 5%. Ядерный реактор, работающий на уране-235, называется реактором на медленных нейтронах. Он так называется, потому что деление ядер урана-235 лучше всего происходит под действием медленных нейтронов. Но при делении ядер урана выделяются в основном быстрые нейтроны, и потом их надо замедлять.

На картинке ниже показана схема ядерного реактора:

В активной зоне реактора находится ядерное топливо в виде урановых стержней (у каждого масса значительно меньше критической, во избежание неожиданностей) и замедлитель нейтронов – в данном случае вода.

Цепная реакция начинается после погружения в активную зону всех стержней – критическая масса набирается после этого.

Активная зона реактора окружена слоем отражателя нейтронов и защитной оболочкой из бетона, задерживающей нейтроны и другие частицы.

Для управления ядерной реакцией служат регулирующие стержни, поглощающие нейтроны. Если регулирующие стержни полностью введены в реактор, цепная реакция идти не будет. Чтобы реакцию запустить, стержни частично выводят из активной зоны.

Нейтроны и осколки ядер разлетаются с большой скоростью, но при столкновении с молекулами воды они передают свою энергию, и вода нагревается (а нейтроны замедляются и становятся более пригодны для деления ядер урана). Активная зона через трубы соединена с теплообменником, где она нагревает через трубы другую воду (второй контур используется, чтобы не гонять радиоактивную воду далеко от активной зоны реактора), а та при испарении крутит турбину электростанции.

На данный момент перед человечеством стоит проблема энергетического голода: если мы будем расходовать полезные ископаемые, как сейчас, то нефти нам хватит на 40 лет, а газа хватит на 60 лет. «Альтернативная» энергетика – то есть та, что не связана со сжиганием топлива, а именно гидроэлектростанции, солнечные, ветряные и геотермальные станции – обеспечивают лишь 5-10% потребности.

Атомная энергетика – другое дело. Если использовать в ядерных реакторах не только уран, но и получающиеся отходы, то ядерного топлива хватит на тысячи лет.

Читать еще:  Как реально заработать в интернете без вложений

Напомним, что из одного грамма урана можно извлечь столько же энергии, сколько из 2.5 тонн нефти.

Кроме того, атомная энергетика экологически чище, чем основанная на нефти – ядерные реакторы при штатной работе не дают ядовитых выбросов.

С другой стороны, у атомной энергетики есть и проблемы: ядерные отходы сложно утилизировать, возможны аварии на ядерных реакторах, а кроме того, ядерные реакторы в качестве побочного продукта производят оружейный плутоний.

Редактировать этот урок и/или добавить задание Добавить свой урок и/или задание

В чем заключается управление ядерной реакцией

1. Что такое ядерный реактор?

Ядерный реактор — это устройство, способное осуществлять управляемую ядерную реакцию.

2. Какой реактор называется реактором на медленных нейтронах?

Реактор, работающий на уране-235, называется реактором на медленных нейтронах.
Уран-235 наиболее эффективно делится под действием медленных нейтронов.
Поскольку при делении ядер образуются в основном быстрые нейтроны, их необходимо замедлять.
Для этого в реакторе с таким ядерным топливом используется замедлитель нейтронов.

3. В чем заключается управление ядерной реакцией?

Управление ядерной реакцией заключается в регулировании скорости размножения свободных нейтронов в уране, чтобы их число оставалось неизменным.
При этом цепная реакция будет продолжаться столько времени, сколько это необходимо, не прекращаясь и не приобретая взрывного характера.

4. Из каких основных частей состоит реактор?

Основные части реактора на медленных нейтронах:
— делящееся вещество (ядерное топливо в виде урановых стержней),
— защитная оболочка,
— активная зона,
— отражатель,
— замедлитель нейтронов (вода),
— теплообменник.

5. Что находится в активной зоне?

В активной зоне реактора находятся урановые стержни, являющиеся ядерным топливом, регулирующие стержни, поглощающие нейтроны, вода, служащая замедлителем нейтронов и теплоносителем.

Активная зона окружена слоем вещества, отражающего нейтроны (отражатель), и защитной оболочкой из бетона, задерживающей нейтроны и другие частицы.

6. Для чего нужно, чтобы масса каждого уранового стержня была меньше критической массы?

Масса каждого уранового стержня значительно меньше критической, поэтому в одном стержне цепная реакция происходить не может (это делается специально из соображений безопасности).
Цепная реакция начинается после погружения в активную зону всех урановых стержней, т. е. когда масса урана достигнет критического значения.

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

Для управления цепной реакцией служат регулирующие стержни, эффективно поглощающие нейтроны.
При их полном погружении в активную зону цепная реакция идти не может.
Для запуска реактора регулирующие стержни постепенно выводят из активной зоны до тех пор, пока не начнётся цепная реакция деления ядер урана.

8. Какую вторую функцию (помимо замедления нейтронов) выполняет вода в первом контуре реактора?

Активная зона реактора посредством труб соединяется с теплообменником, образуя так называемый первый замкнутый контур.
Насосы обеспечивают циркуляцию воды в этом контуре.
Вода, нагретая в активной зоне за счёт внутренней энергии атомных ядер, проходя через теплообменник, нагревает воду в змеевике второго контура, превращая её в пар.
Таким образом, вода в активной зоне реактора служит не только замедлителем нейтронов, но и теплоносителем, отводящим тепло.

Читать еще:  Как подключить мобильный интернет Билайн на телефон

9. Какие процессы происходят во втором контуре?

Во втором контуре пар, образовавшийся в змеевике, вращает турбину.
Турбина приводит во вращение ротор генератора электрического тока.
Отработанный пар поступает в конденсатор и превращается в воду.
Затем весь цикл повторяется.
Таким образом, непрерывно вырабатывается электрический ток.

10. Какие преобразования энергии происходят при получении электрического тока на атомных электростанциях?

При получении электрического тока на атомных электростанциях происходят следующие преобразования энергии:

Внутренняя энергия атомных ядер урана при делении частично переходит в кинетическую энергию нейтронов и осколков.
Нейтроны и осколки, разлетаясь с большой скоростью, попадают в воду.
Их кинетическая энергия частично переходит во внутреннюю энергию воды.
Вода нагревается и, проходя через теплообменник, передает свою энергию воде, находящейся в змеевике, превращая ее в пар.
Здесь внутренняя энергия воды переходит во внутреннюю энергию пара, а затем в его кинетическую энергию.
Далее кинетическая энергия пара переходит в кинетическую энергию ротора турбины и ротора генератора.
На выходе кинетическая энергия ротора генератора превращается в электрическую энергию.

Ядерный реактор. 9-й класс

Класс: 9

Презентация к уроку

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

  • Образовательные:актуализация имеющихся знаний; продолжить формирование понятий: деление ядер урана, цепная ядерная реакция, условия её протекания, критическая масса; ввести новые понятия: ядерный реактор, основные элементы ядерного реактора, устройство ядерного реактора и принцип его действия, управление ядерной реакцией, классификация ядерных реакторов и их использование;
  • Развивающие: продолжить формирование умений наблюдать и делать выводы, а также развивать интеллектуальные способности и любознательность учащихся;
  • Воспитательные: продолжить воспитание отношения к физике как к экспериментальной науке; воспитывать добросовестное отношение к труду, дисциплинированность, положительное отношение к знаниям.

Тип урока: изучение нового материала.

Оборудование: мультимедийная установка.

Ход урока

1. Организационный момент.

Ребята! Сегодня на уроке мы с вами повторим деление ядер урана, цепную ядерную реакцию, условия её протекания, критическую массу, узнаем, что такое ядерный реактор, основные элементы ядерного реактора, устройство ядерного реактора и принцип его действия, управление ядерной реакцией, классификацию ядерных реакторов и их использование.

2. Проверка изученного материала.

  1. Механизм деления ядер урана.
  2. Расскажите о механизме протекания цепной ядерной реакции.
  3. Приведите пример ядерной реакции деления ядра урана.
  4. Что называется критической массой?
  5. Как идет цепная реакция в уране, если его масса меньше кри­тической, больше критической?
  6. Чему равна критическая масса урана 295, можно ли умень­шить критическую массу?
  7. Какими способами можно изменить ход цепной ядерной ре­акции?
  8. С какой целью замедляют быстрые нейтроны?
  9. Какие вещества используют в качестве замедлителей?
  10. За счет каких факторов можно увеличить число свободных нейтронов в куске урана, обеспечив тем самым возможность протекания в нем реакции?
Читать еще:  Как расставить мебель в маленькой комнате

3. Объяснение нового материала.

Ребята, ответьте на такой вопрос: А что является главной частью любой атомной электростанции? (ядерный реактор)

Молодцы. Итак, ребята сейчас более подробно остановимся на этом вопросе.

Историческая справка.

Игорь Васильевич Курчатов— выдающийся советский физик, академик, основатель и первый директор Института атомной энергии с 1943 г. по 1960 г., главный научный руководитель атомной проблемы в СССР, один из основоположников использования ядерной энергии в мирных целях. Академик АН СССР (1943). Испытания первой атомной советской бомбы проводились в 1949 году. Через четыре года проводились успешные испытания первой в мире водородной бомбы. А в 1949 году Игорь Васильевич Курчатов начал работу над проектом атомной электростанции. Атомная электростанция – вестник мирного использования атомной энергии. Проект был успешно закончен: 27 июля 1954 наша атомная электростанция стала первой в мире! Курчатов ликовал и веселился как ребенок!

Определение ядерного реактора.

Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления некоторых тяжелых ядер.

Первый ядерный реактор был построен в 1942 году в США под руководством Э. Ферми. В нашей стране первый реактор был построен в 1946 году под руководством И. В. Курчатова.

Основными элементами ядерного реактора являются:

  • ядерное горючее(уран 235, уран 238, плутоний 239);
  • замедлитель нейтронов (тяжелая вода, графит и др.);
  • теплоноситель для вывода энергии, образующейся при работе реактора (вода, жидкий натрий и др.);
  • Регулирующие стержни (бор, кадмий) — сильно поглощающие нейтроны
  • Защитная оболочка, задерживающая излучения (бетон с же­лезным наполнителем).

Принцип действия ядерного реактора

Ядерное топливо располагается в активной зоне в виде вертикальных стержней, называемых тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ). ТВЭЛы предназначены для регулирования мощности реактора.

Масса каждого топливного стержня значительно меньше критической, поэтому в одном стержне цепная реакция происходить не может. Она начинается после погружения в активную зону всех урановых стержней.

Активная зона окружена слоем вещества, отражающего нейтроны (отражатель) и защитной оболочкой из бетона, задерживающего нейтроны и другие частицы.

Отвод тепла от топливных элементов. Теплоноситель — вода омывает стержень, нагретая до 300°С при высоком давлении, поступает в теплообменники.

Роль теплообменника — вода, нагретая до 300°С, отдает тепло обычной воде, превращается в пар.

Управление ядерной реакцией

Управление реактором осуществляется при помощи стержней, содержащих кадмий или бор. При выдвинутых из активной зоны реактора стержнях К > 1, а при полностью вдвинутых — К 12.03.2011

Источники:

http://uchilegko.info/physics/yadernyy-reaktor-atomnaya-energetika
http://class-fizika.ru/u9-76.html
http://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/596091/

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector