Номер 3, страница 246 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

3. Что используют в качестве теплоносителя в ядерных реакторах?

3. В ядерных реакторах в качестве теплоносителя — вещества, предназначенного для отвода тепла из активной зоны, — используют различные жидкости и газы. Выбор конкретного вещества определяется типом реактора, его назначением и рабочими параметрами.

К теплоносителю предъявляется ряд требований:

• Высокая удельная теплоемкость и хорошая теплопроводность для эффективного переноса тепла.
• Низкое сечение поглощения нейтронов, чтобы не снижать эффективность цепной реакции (особенно важно для реакторов на тепловых нейтронах).
• Химическая инертность по отношению к материалам конструкций реактора (ТВЭЛам, корпусу) при высоких температурах и в полях ионизирующего излучения.
• Радиационная стойкость, то есть способность сохранять свои свойства под действием облучения.
• Низкая стоимость и доступность.

Наиболее распространенными теплоносителями являются:

1. Вода (обычная и тяжелая). Самый популярный теплоноситель благодаря своей доступности, дешевизне и отличным теплофизическим свойствам.
   • Обычная (легкая) вода ($H_2O$) используется в большинстве энергетических реакторов мира: водо-водяных (ВВЭР, PWR) и кипящих (РБМК, BWR). Она одновременно служит и замедлителем нейтронов. В реакторах ВВЭР вода находится под высоким давлением (около 16 МПа), чтобы оставаться в жидком состоянии при температуре свыше $300^\circ C$.
   • Тяжелая вода ($D_2O$) применяется в реакторах типа CANDU. Она значительно хуже поглощает нейтроны, что позволяет использовать в качестве топлива природный (необогащенный) уран.
2. Жидкие металлы. Используются в реакторах на быстрых нейтронах, где замедление нейтронов не требуется. Они позволяют достичь высоких температур при низком давлении, что повышает КПД.
   • Натрий ($Na$) — основной теплоноситель для быстрых реакторов (например, российские БН-600, БН-800). Его недостаток — высокая химическая активность, особенно при контакте с водой и воздухом.
   • Свинец ($Pb$) или его эвтектический сплав со свинцом-висмутом ($Pb-Bi$) — химически более инертны, чем натрий. Рассматриваются как перспективные теплоносители для реакторов будущего (например, проект БРЕСТ-ОД-300).
3. Газы. Применяются в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах (ВТГР).
   • Гелий ($He$) — химически инертен, не активируется под действием нейтронов и позволяет достигать температур свыше $750^\circ C$. Это открывает перспективы не только для производства электроэнергии с высоким КПД, но и для высокотемпературных промышленных процессов, например, производства водорода.
   • Углекислый газ ($CO_2$) использовался в ранних британских реакторах (Magnox, AGR), но сейчас считается менее перспективным, чем гелий.
4. Расплавы солей. Перспективная технология для реакторов IV поколения (жидкосолевые реакторы, MSR). Расплавы фторидных солей лития, бериллия, натрия могут работать при очень высоких температурах и атмосферном давлении. В некоторых конструкциях ядерное топливо растворено прямо в солевом расплаве, который одновременно является и топливом, и теплоносителем.

Ответ: В качестве теплоносителя в ядерных реакторах используют воду (обычную $H_2O$ и тяжелую $D_2O$), жидкие металлы (натрий, свинец, свинцово-висмутовый сплав), газы (гелий, углекислый газ) и расплавы солей.