Класс!ная физика



Ядерный реактор. Атомная бомба

Ядерный реактор - это устройство на атомной электростанции для получения атомной энергии.

Назначение ядерного реактора: преобразование внутренней энергии атомного ядра в электрическую энергию.

В ядерном реакторе осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер (при k = 1).
Ядерными реакторами оснащены все АЭС (атомные электростанции).

Основные элементы ядерного реактора:

- топливо (уран-235, уран-238, плутоний-239) в виде стержней
- замедлитель нейтронов (тяжелая вода, графит)
- теплоноситель (вода, жидкий натрий)
- устройство для регулирования реакции (кадмий, бор)
- защита (оболочка из бетона и железа).

Работа реактора:



Реактор работает на медленных нейтронах (более эффективно идет деление ядер урана-235).

Активная зона реактора, содержит ядерное топливо - урановые стержни и замедлитель - воду.   Вода вокруг урановых стержней является не только замедлителем нейтронов, но и служит для отвода тепла, т.к. внутренняя энергия разлетающихся осколков переходит во внутреннюю энергию окружающей среды - воды. Активная зона окружена отражателем для возвращения  нейтронов и защитным слоем бетона.

Достижение критической массы топлива осуществляется введением регулирующих стержней (до достижения массы урана = критической массе).
Активная зона посредством труб соединена в кольцо (1-ый контур).

Вода прокачивается по трубам контура насосом и отдает свою энергию змеевику в теплообменнике, нагревая воду в змеевике (во 2-м контуре).
Вода в змеевике превращается в пар, температура которого может достигать 540 градусов.
Пар вращает турбину, энергия пара превращается в механическую энергию.

Ось турбины вращает  ротор электрогенератора, превращая механическую энергию в электрическую.

Отработанный (охлажденный ) пар поступает в конденсатор, где превращается в воду, возвращающуюся в 1-ый контур.

Первая АЭС была построена в г. Обнинске (СССР).

Преимущества АЭС:

- ядерные реакторы не потребляют кислород и органическое топливо
- не загрязняют окружающую среду золой и вредными для человека продуктами органического топлива
- биосфера надежно защищена от радиоактивного воздействия при нормальном режиме эксплуатации АЭС.

Недостатки АЭС:

- необходимость захоронения радиоактивных отходов и демонтаж отслуживших свой срок реакторов
- опасность радиоактивного заражения местности при аварийных выбросах
- опасность экологических катастроф ((1986 г. - Чернобыльская АЭС).

Существуют ядерные реакторы на быстрых нейтронах - размножители.




Вспомни тему "Атомная физика" за 9 класс:

Радиоактивность -- Радиоактивные превращения -- Состав атомного ядра. Ядерные силы -- Энергия связи. Дефект масс -- Деление ядер урана -- Ядерная цепная реакция -- Ядерный реактор -- Термоядерная реакция






Знаете ли вы?

Атомная бомба

Атомная бомба - один из видов ядерного оружия, в котором используется неуправляемый процесс деления атомных ядер, т.е. цепная реакция.
Принцип работы атомной бомбы, заключается в расщеплении ядер тяжёлых элементов ( уран-235 или плутоний-239). В результате реакции распада избыточная масса излучается в виде лишних нуклонов (нейтронов или протонов) с выделение большого количества энергии.
Атомная бомба на основе урана -235 стала первым ядерным оружием и была сброшена США на японский город Хиросима в 1945 г. Эта бомба весила 2722 кг и имела ядерный заряд из обогащенного урана-235 массой 20 кг.

Детонирование ядерного заряда в такой бомбе происходит, когда соединяются две части уранового заряда, обладающие докритической массой.

Для взрыва ядерной бомбы содержание урана-235 в ядерном заряде не должно быть ниже 80 %, поэтому природный уран приходится обогащать.
Критическая масса урана-235, превышение которой необходимо для проведения неуправляемой ядерной реакции, достаточно велика.
Поэтому урановые бомбы на данный момент не распространены.

Современные более совершенные атомные бомбы производятся на основе, например, плутония, обладающего более низкой критической массой.

Первая атомная плутониевая бомба на основе плутония-239, сброшенная США на Нагасаки в 1945 г., была с зарядом из плутония-239 (массой 5 кг), 3.5 м в длину и 1.5 м в диаметре, мощностью более 20 кт и весила 3175 кг.

Плутониевая атомная бомба представляет собой подобие нескольких сфер, вложенных друг в друга:

- внутри корпус бомбы окружен оболочкой из обычного взрывчатого вещества, создающего при ударе и взрыве ударную волну к центру;
- далее идет оболочка из алюминия, разделяющая взрывчатое вещество и ядерный заряд;
- затем ближе к центру - оболочка из урана, служащая отражателем для нейтронов;
- следующий слой - сам ядерный заряд из плутония-239. Критическая масса плутония составляет 9,65 кг, хотя эту массу можно и уменьшить, предварительно сжав плутоний в результате взрыва обычной взрывчатки.
- в центре находится шар радиусом порядка 2 см из бериллия, покрытый слоем полония или плутония-238, который после действия взрывчатки смешивается с бериллием и дает мощный выброс нейтронов, необходимых для резкого снижения критической массы плутония и ускорения начала реакции.

Интересно, что в результате взрыва ядерный заряд не успевает «израсходоваться» полностью. Над Хиросимой и Нагасаки «сгорело» всего 0,7 кг урана и 1,2 кг плутония соответственно.



Устали? - Отдыхаем!

Вверх