Физика и астрономия · 10 клас · урок 1 от 2

Делене на урана. Ядрен реактор

Когато ядро на уран-235 погълне бавен неутрон, то се разделя на две по-леки ядра (осколки) и отделя 2-3 нови неутрона и около 200 MeV енергия. Новите неутрони могат да разделят други ядра и така възниква верижна реакция. В ядрения реактор тя се поддържа управляемо: забавителят забавя неутроните, регулиращите пръти от бор или кадмий поглъщат излишните, а топлоносителят отнася топлината към парогенератора. Получената пара върти турбината, която задвижва генератор на електрически ток.

Работен лист за печат

Какво да запомним

  • При ядрени реакции се запазват сборът на масовите и сборът на зарядовите числа.
  • Едно делене на уран-235 дава около 200 MeV.
  • Коефициент на размножаване k: k = 1 стационарен режим, k > 1 лавинообразно нарастване.
  • Критична маса: най-малката маса, при която верижната реакция се поддържа.
  • Части на реактора: горивни елементи, забавител, регулиращи пръти, топлоносител, защита.

Пример

235U + n → 141Ba + 92Kr + 3n: масовите числа 235 + 1 = 141 + 92 + 3 и зарядовите 92 = 56 + 36 се запазват.

Проверете се: 40 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

  1. Кой изотоп на урана се дели от бавни (топлинни) неутрони и се използва като ядрено гориво?
    • Уран-238
    • Уран-234
    • Уран-239
    • Уран-235

    Отговор: Уран-235

    235U се дели лесно от бавни неутрони.

  2. Каква частица предизвиква деленето на ядро на уран-235 в реактора?
    • Протон
    • Електрон
    • Неутрон
    • Алфа-частица

    Отговор: Неутрон

    Неутронът няма заряд и не се отблъсква от ядрото.

  3. Колко енергия се отделя средно при деленето на едно ядро уран-235?
    • ≈ 2 MeV
    • ≈ 200 MeV
    • ≈ 20 keV
    • ≈ 2 GeV

    Отговор: ≈ 200 MeV

    Най-голямата част е кинетичната енергия на двата осколка.

  4. Кои учени откриват деленето на урана през 1938 г.?
    • Мария и Пиер Кюри
    • Ърнест Ръдърфорд и Нилс Бор
    • Ото Хан и Фриц Щрасман
    • Алберт Айнщайн и Макс Планк

    Отговор: Ото Хан и Фриц Щрасман

    Обяснението като делене на ядрото дават Лизе Майтнер и Ото Фриш.

  5. Колко енергия приблизително се отделя при пълното делене на 1 g уран-235? (1 делене ≈ 200 MeV)
    • ≈ 8·1010 J
    • ≈ 8·107 J
    • ≈ 8·1013 J
    • ≈ 2,6·1021 J

    Отговор: ≈ 8·1010 J

    В 1 g има 6·1023/235 ≈ 2,6·1021 ядра; по 200 MeV = 3,2·10−11 J.

  6. Какво се случва с ядрото на уран-235 при деленето?
    • слива се с друго ядро
    • разпада се на две по-леки ядра (осколки)
    • излъчва само фотон
    • превръща се в електрон

    Отговор: разпада се на две по-леки ядра (осколки)

    Ядрото, захванало неутрон, се разделя на две средно тежки ядра и няколко неутрона.

  7. В каква форма се отделя основната част от енергията при деленето?
    • като видима светлина
    • като електрическа енергия
    • като химична енергия
    • като кинетична енергия на осколките

    Отговор: като кинетична енергия на осколките

    Осколките се разлитат с голяма скорост и при спирането им енергията им става топлина.

  8. Кое се запазва при ядрените реакции?
    • сборът на масовите и сборът на зарядовите числа
    • масата в покой
    • броят на протоните
    • броят на ядрата

    Отговор: сборът на масовите и сборът на зарядовите числа

    Броят на нуклоните и електричният заряд се запазват при всяка ядрена реакция.

  9. Колко неутрона се отделят при реакцията 235U + n → 141Ba + 92Kr + ?
    • 2
    • 1
    • 3
    • 4

    Отговор: 3

    235 + 1 = 236 = 141 + 92 + 3, значи се отделят 3 неутрона.

  10. Колко деления на ядра уран-235 в секунда дават мощност 3,2 W? (едно делене ≈ 200 MeV ≈ 3,2·10−11 J)
    • 108
    • 3,2·1011
    • 6,4·1012
    • 1011

    Отговор: 1011

    N = P/E = 3,2 / 3,2·10−11 = 1011 деления в секунда.

  11. Какво е верижна ядрена реакция?
    • Поредица от химични реакции
    • Разпадане на ядрата без външна намеса
    • Сливане на леки ядра
    • Неутроните от едно делене предизвикват нови деления

    Отговор: Самоподдържащо се делене чрез неутроните

    При всяко делене се отделят нови неутрони.

  12. Колко неутрона средно се отделят при едно делене на уран-235?
    • 1
    • 10
    • 2-3
    • 0

    Отговор: 2-3 (средно около 2,4)

    Именно затова е възможна верижна реакция.

  13. Какъв е режимът при коефициент на размножаване на неутроните k = 1?
    • Лавинообразен
    • Реакцията затихва
    • Ядрен взрив
    • Стационарен (критичен): броят на деленията е постоянен

    Отговор: Стационарен режим

    Така работи ядреният реактор.

  14. Какво става при коефициент на размножаване k > 1, ако не се регулира?
    • Реакцията спира
    • Броят на деленията остава постоянен
    • Реакцията минава в синтез
    • Броят на деленията расте лавинообразно

    Отговор: Лавинообразно нарастване

    На този принцип е атомната бомба.

  15. Къде преди около 2 милиарда години са работили природни ядрени реактори?
    • В Окло, Габон
    • В Козлодуй, България
    • В Чернобил, Украйна
    • В Сахара, Египет

    Отговор: В Окло (Габон)

    Тогава делът на уран-235 в рудата е бил по-голям от днешния.

  16. Какво е критична маса?
    • най-голямата допустима маса гориво
    • най-малката маса делящо се вещество, при която верижната реакция се самоподдържа
    • масата на едно ядро уран
    • масата на реактора

    Отговор: най-малката маса делящо се вещество, при която верижната реакция се самоподдържа

    При маса под критичната твърде много неутрони излизат навън.

  17. Защо в малко парче уран-235 верижна реакция не започва?
    • в него няма неутрони
    • уранът е твърде студен
    • много неутрони излизат навън, без да предизвикат делене
    • уранът е твърде тежък

    Отговор: много неутрони излизат навън, без да предизвикат делене

    Малкото парче има голяма повърхност спрямо обема, затова губи много неутрони.

  18. Защо бавните (топлинни) неутрони предизвикват по-лесно делене на уран-235?
    • вероятността да бъдат захванати от ядрото е по-голяма
    • имат по-голяма енергия
    • имат положителен заряд
    • са по-тежки

    Отговор: вероятността да бъдат захванати от ядрото е по-голяма

    Бавните неутрони прекарват повече време близо до ядрото и по-лесно се захващат.

  19. Коефициентът на размножаване на неутроните е k = 2. Колко неутрона ще има след 10 поколения, ако започнем с 1 неутрон?
    • 20
    • 512
    • 1024
    • 100

    Отговор: 1024

    Всяко поколение удвоява броя: 210 = 1024.

  20. Какво е обогатяване на урана?
    • увеличаване на дела на уран-235
    • почистване на урана от ръжда
    • превръщане на урана в плутоний
    • смесване на урана с вода

    Отговор: увеличаване на дела на уран-235

    Природният уран съдържа около 0,7% уран-235, а горивото за АЕЦ се обогатява до няколко процента.

  21. Каква е ролята на забавителя в ядрения реактор?
    • Забавя бързите неутрони
    • Поглъща всички неутрони
    • Охлажда турбината
    • Спира реактора

    Отговор: Забавя неутроните

    Бавните неутрони по-лесно предизвикват делене на уран-235.

  22. От какъв материал са регулиращите (управляващите) пръти?
    • От уран-235
    • От вещества, които поглъщат неутрони, например бор или кадмий
    • От графит, който забавя неутроните
    • От олово

    Отговор: Бор или кадмий

    Спускането им поглъща неутрони и намалява мощността.

  23. Каква е ролята на топлоносителя?
    • Забавя неутроните
    • Отнема топлината от активната зона
    • Поглъща гама-лъчите
    • Затваря реактора херметично

    Отговор: Отнася топлината

    Топлината се предава на парогенератора, където се получава пара за турбината.

  24. Какъв тип са действащите енергийни блокове в АЕЦ Козлодуй?
    • ВВЕР-1000 (водо-воден реактор под налягане)
    • РБМК-1000 (графитов реактор)
    • Реактори с бързи неутрони
    • Термоядрени реактори

    Отговор: ВВЕР-1000

    Действат 5 и 6 блок с по 1000 MW електрическа мощност.

  25. Енергиен блок има електрическа мощност 1000 MW и к.п.д. 33%. Каква е топлинната мощност на реактора?
    • ≈ 3000 MW
    • ≈ 330 MW
    • ≈ 1330 MW
    • ≈ 670 MW

    Отговор: ≈ 3000 MW

    Pт = Pе/η = 1000/0,33 ≈ 3030 MW.

  26. Какво съдържат горивните елементи на ядрения реактор?
    • вода
    • графит
    • бор
    • ядрено гориво (уран)

    Отговор: ядрено гориво (уран)

    В горивните елементи има таблетки уранов диоксид в метални тръби.

  27. Каква е ролята на биологичната защита на реактора?
    • да охлажда горивото
    • да спира лъчението навън
    • да ускорява неутроните
    • да произвежда пара

    Отговор: да спира лъчението навън

    Дебелите стени от бетон и стомана поглъщат лъчението и пазят персонала и околната среда.

  28. Какво става с мощността на реактора, ако регулиращите пръти се спуснат по-дълбоко в активната зона?
    • нараства
    • намалява
    • не се изменя
    • започва да колебае безкрайно

    Отговор: намалява

    Прътите поглъщат повече неутрони и коефициентът на размножаване намалява.

  29. Защо водата в реакторите ВВЕР е под високо налягане?
    • за да тече по-бавно
    • за да е по-студена
    • за да поглъща повече неутрони
    • за да не кипи при високата температура

    Отговор: за да не кипи при високата температура

    При налягане около 16 MPa водата остава течна при около 300 °C.

  30. Реактор с топлинна мощност 3000 MW работи едно денонощие. Колко енергия отделя?
    • ≈ 2,6·1014 J
    • ≈ 7,2·104 J
    • ≈ 3·109 J
    • ≈ 1,1·1013 J

    Отговор: ≈ 2,6·1014 J

    E = P·t = 3·109 W · 86 400 s ≈ 2,6·1014 J.

  31. Какво се получава в парогенератора на АЕЦ?
    • Пара, която върти турбината
    • Уран-235
    • Електрони
    • Плутоний

    Отговор: Пара за турбината

    Турбината върти генератор, който дава електрична енергия.

  32. Кое е основно предимство на АЕЦ пред ТЕЦ на въглища?
    • Нямат отпадъци
    • Не се нуждаят от охлаждане
    • Не отделят въглероден диоксид при работа
    • Работят без гориво

    Отговор: Не отделят CO2 при работа

    Проблем са обаче радиоактивните отпадъци.

  33. Какво е общото между събитията в Чернобил (1986) и Фукушима (2011)?
    • И двете са тежки аварии в атомни електроцентрали
    • И двете са термоядрени взривове
    • И двете са изригвания на вулкани
    • И двете са аварии в ТЕЦ на въглища

    Отговор: Тежки ядрени аварии

    И двете са оценени с най-високото ниво 7 по международната скала INES.

  34. Защо отработеното ядрено гориво се съхранява дълго време под вода в басейни?
    • Водата го превръща в безопасно вещество
    • Водата го охлажда и екранира лъчението
    • За да се разтвори в нея
    • За да се избегне ръждясване

    Отговор: Охлаждане и защита от лъчение

    Горивото продължава да отделя топлина от разпадането на осколките.

  35. Какво е „защитна обвивка“ (контейнмънт) на реактора?
    • Регулиращ прът
    • Здрава херметична бетонна сграда около реактора
    • Слой графит в активната зона
    • Охладителната кула

    Отговор: Херметичната стоманобетонна сграда

    Тя задържа радиоактивните вещества при авария.

  36. На брега на коя река се намира АЕЦ Козлодуй?
    • на Искър
    • на Марица
    • на Дунав
    • на Струма

    Отговор: на Дунав

    Централата използва вода от река Дунав за охлаждане.

  37. За какво служат охладителните кули или водата от реката в АЕЦ?
    • за отвеждане на остатъчната топлина и кондензиране на парата
    • за производство на неутрони
    • за съхраняване на гориво
    • за пречистване на урана

    Отговор: за отвеждане на остатъчната топлина и кондензиране на парата

    След турбината парата трябва да се охлади и кондензира, а топлината се отдава на околната среда.

  38. Каква степен по международната скала INES имат авариите в Чернобил и Фукушима?
    • 3
    • 10
    • 5
    • 7

    Отговор: 7

    И двете аварии са оценени с най-високата степен 7.

  39. Кое е основно предизвикателство пред ядрената енергетика?
    • голямото отделяне на CO2
    • съхраняването на дълготрайните радиоактивни отпадъци
    • зависимостта от вятъра
    • малката мощност на блоковете

    Отговор: съхраняването на дълготрайните радиоактивни отпадъци

    Някои отпадъци остават опасни много дълго и изискват сигурно погребване.

  40. Защо при ядрена авария на хората се дават таблетки калиев йодид?
    • спират гама-лъчите
    • насищат щитовидната жлеза и намаляват поемането на радиоактивен йод
    • ускоряват разпада на радиоактивните ядра
    • унищожават радиоактивния цезий

    Отговор: насищат щитовидната жлеза и намаляват поемането на радиоактивен йод

    Щитовидната жлеза, наситена с обикновен йод, поема много по-малко йод-131.