Содержание

Главная >> Физика 11 класс. Генденштейн. Дик

§ 35. Ядерная энергетика

Ядерный реактор (окончание)

Условия осуществления управляемой цепной ядерной реакции

Замедлители нейтронов

Один из наиболее эффективных способов осуществления цепной ядерной реакции — деление ядер урана при облучении их медленными нейтронами. Энергия таких нейтронов меньше, чем энергия нейтронов, образующихся при делении ядер, поэтому возникает необходимость в замедлителях нейтронов.

Хорошим замедлителем нейтронов является так называемая тяжёлая вода, то есть вода, в молекулах которой атомы водорода заменены атомами дейтерия. Она намного предпочтительнее обычной воды, потому что обычная вода не только замедляет нейтроны, но и поглощает их.

В качестве замедлителя нейтронов используют также чистый графит — он тоже замедляет нейтроны, не поглощая их.

Замедляющие свойства дейтерия и графита обусловлены тем, что ядра этих веществ сравнительно лёгкие: благодаря этому при столкновениях с нейтронами они эффективно «отбирают» у нейтронов значительную часть их кинетической энергии.

Поглотители нейтронов

Чтобы ядерная цепная реакция протекала стационарно, необходимо обеспечивать строгое постоянство во времени числа медленных нейтронов: если число нейтронов начнёт увеличиваться, это грозит взрывом, а если начнёт уменьшаться, реакция прекратится.

Для обеспечения постоянства числа нейтронов используют поглотители нейтронов. В качестве поглотителей обычно применяют кадмий и бор: нейтроны хорошо поглощаются ядрами этих веществ (при этом образуются их изотопы).

Из кадмия или бора изготовляют регулирующие стержни, которые вводят в рабочее пространство ядерного реактора.

Критическая масса

Наличием замедлителей и поглотителей нейтронов условия осуществления управляемой цепной ядерной реакции не ограничиваются. Необходимо ещё, чтобы основная часть нейтронов, образовавшихся при делении ядер, оставалась в уране, вызывая новые реакции деления.

А это значит, что нейтроны должны пройти в веществе достаточно большой путь, то есть размеры образца (а следовательно, и его масса) должны быть достаточно велики.

Наименьшую массу делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция, называют критической массой.

Для шарообразного образца природного урана критическая масса равна примерно 50 кг. Однако её можно намного уменьшить, используя замедлители нейтронов (для повышения вероятности того, что они вызовут ядерные реакции) и окружив образец бериллиевой оболочкой — она отражает вылетающие нейтроны в зону реакции, увеличивая их путь в образце.

Принцип действия атомной электростанции

На рисунке 35.2 схематически изображено устройство атомной электростанции с ядерным реактором на медленных нейтронах. В активной зоне реактора 1 находятся ядерное топливо и замедлитель. Активная зона окружена отражателем 2 и толстой защитной оболочкой из железобетона 3.

<<< К началу