Цели урока:
- Систематизировать знания по ядерной физике.
- Развивать самостоятельность при получении новых знаний.
- Воспитание активной жизненной позиции при решении важнейших задач в развитии общества.
Оборудование: таблица «Ядерный реактор, топливный цикл», фильм.
ХОД УРОКА
Выступление учителя: «Атомная
энергетика» – это не просто тема отдельного
урока физики.
Атомная энергетика в какой-то степени определяет
уровень жизни, степень безопасности страны,
потому что современное вооружение страны имеет
ядерную «начинку», движение подводных лодок
обеспечивает ядерный реактор и т. д.
Использование энергии атома влияет на
окружающую среду. Именно потому, что мы живём в
век использования атомной энергии и прямо или
косвенно проблемы, возникающие здесь, нас тоже
касаются, нам необходимо знать чуть больше, чем
написано в учебнике.
Научная конференция – это собрание, на котором
ряд учёных делают сообщения из какой-то области
науки. Мы проводим урок-конференцию, на котором
некоторые учащиеся – будущие учёные, врачи,
экономисты подготовили сообщения, дополняющие
знания, полученные из учебника по данной теме.
Все вопросы охватить за урок мы не успеем,
поэтому коснёмся только вопроса использования
«мирного атома».
Выступление ученика Доклад по теме: «Получение атомной энергии на АЭС»
Атомные электростанции представляют собой
тепловые электростанции, на которых для
получения пара или горячего газа используется
энергия, выделяющаяся в ядерном реакторе в
результате ядерной цепной реакции.
Вещество, используемое в ядерных реакторах для
осуществления ядерной цепной реакции,
называется ядерным топливом. Единственное
природное ядерное топливо – уран; он
представляет собой смесь 2 изотопов: U-238 (99,3%) и U-235
(0,7%).
Изотоп U-238 может поглощать быстрые нейтроны (их
энергия 1 МэВ) и после цепочки бета-распадов
превращается в Рu-239.
Изотоп U-235 активно поглощает медленные нейтроны
(их скорость – 2·107 м/с, энергия – 0,025 эВ), делится
на большие осколки (например, на ядра стронция и
ядра ксенона) и 2-3 вторичных нейтрона, способных
вызвать новые реакции деления: возникает цепная
реакция. Таким образом, изотоп урана-235 –
основное ядерное горючее. Однако, ввиду
низкопроцентного содержания этого изотопа в
природном уране, последний необходимо обогащать,
доводя его содержание до 2-5%.
Поскольку при делении ядер урана-235 испускаются
быстрые нейтроны, для поддержания цепной реакции
их необходимо замедлить, что осуществляется с
помощью специальных замедлителей, состоящих из
веществ (графит, тяжелая вода), способных сильно
тормозить нейтроны, практически не поглощая.
Возможны различные цепные реакции деления U-235; их
отличие в образующихся осколках.
В реакции деления ядер U-235 выделяется энергия
порядка
200 МэВ в один акт деления. С учетом потерь энергии,
уносимой нейтринным излучением, реально
выделяется примерно 20 МВт·ч на 1г ядерного
горючего.
Строительство первых АЭС по программе «Мирный
атом» началось в 50-е г.г. прошлого века в СССР и
США, а затем – в других странах. Первая в мире АЭС
была пущена в 1954 г в СССР; она имела мощность 5 МВт
и КПД 16%, потребляла в сутки 30 г ядерного горючего.
Выступление учителя: Удельная доля атомной энергии в мировом производстве электрической энергии составляет 17%. По данным за 1999г. Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) мировую атомную энергетику представляют 450 атомных реакторов, работающих в 31 стране. Три страны мира, в которых доля атомных электростанций в общей выработке электроэнергии наибольшая – это Франция (77%), Бельгия (56%), Швеция (53%). В США она составляет 19%, в России 11%.
Доклад учащегося: «Принцип работы атомной электростанции»
(Используется таблица)
Главную часть АЭС составляет ядерный реактор
(например, уран графитовый водяного типа), в
котором ядерным горючем служит обогащенный уран,
замедлитель нейтронов – графит, теплоносителем
– вода.
Основные части реактора любого типа – активная
зона , где находится ядерное топливо, протекает
управляемая цепная реакция ядерного деления и
выделяется тепловая энергия; отражатель
нейтронов, окружающий активную зону; оболочка
биологической защиты от нейтронного и
гамма-излучения, обычно выполненная из бетона с
железным наполнителем.
Ядерное топливо в реакторе размещено в
тепловыделяющих элементах (ТВЭ), представляющих
собой, как правило, металлические или карбидные
пеналы (карбиды – соединения углерода с
металлами, а так же с кремнием и бором),
содержащие уран-235.
В состав реактора входят так же блоки
замедлителя из графита и регулирующие стержни из
бора или кадмия, сильно поглощающие нейтроны.
Введение этих стержней в активную зону реактора
подавляют цепную реакцию, а выведение, наоборот,
активизирует.
В активной зоне реактора находится система труб,
по которым прокачивают теплоноситель (воду),
поглощающий энергию, выделяемую при ядерной
реакции. Вода, находящаяся под давлением 100
атмосфер, нагревается до 270оС и поступает
парогенератор, где отдаёт большую часть своей
внутренней энергии воде второго контура и с
помощью насоса вновь поступает в активную зону
реактора. Вода второго контура в парогенераторе
превращается в пар, который поступает в паровую
турбину, приводящую в действие электрогенератор.
Через трансформаторы, распределительные
устройства и линии электропередачи выработанная
электрическая энергия поступает к потребителю.
Прошедший через турбину пар поступает в
конденсатор, охлаждается и превращается в воду,
которая насосом подаётся в парогенератор .
Охлаждение пара в конденсаторе происходит
холодной водой третьего контура, которая через
заборное устройство поступает из водоёма 17.
Пройдя змеевик конденсатора, вода третьего
контура либо сбрасывается через трубу в водоём,
либо частично возвращается в систему охлаждения,
пройдя через градирни (устройства для охлаждения
воды атмосферным воздухом). Пейзаж с большими
«кувшинами» – градирнями характерен для многих
АЭС так же, как и для ТЭС или ТЭЦ.
Доклад:
- «Экономические проблемы АЭС».
- «Топливный цикл атомной электростанции».
- «Стоимость электрической энергии, вырабатываемой на АЭС».
- «Экологические проблемы АЭС».
А) Тепловое загрязнение, наличие радиоактивных отходов
Б) Радиоактивное излучение (РИ) – самая главная опасность атомной энергетики, существующая на всех этапах топливного цикла и работы АЭС. РИ оказывают пагубное воздействие на все живые организмы. Механизм биологического действия РИ сложен и до конца не изучен. Ионизация атомов и молекул живых тканей, происходящая при поглощении излучений, – лишь начальный этап в сложной цепи последующих биохимических превращений. Установлено, что ионизация приводит к разрыву молекулярных связей, изменению структуры химических соединений и, в конечном счете, к разрушению нуклеиновых кислот и белка. Под действием радиации поражаются клетки тканей, прежде всего ядра, нарушаются способности к делению и обмену веществ в них. Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезёнка, лимфатические железы), эпителий слизистых оболочек (в частности кишечника), щитовидная железа. В результате действия радиоактивных излучений на органы человека, возникают тяжелейшие заболевания: лучевая болезнь, злокачественные опухали, приводящие нередко к смертельному исходу. Облучение оказывает сильное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомства с уродливыми отклонениями или врожденными тяжёлыми заболеваниями организма. Специфическая особенность радиоактивных излучений: они не воспринимаются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают болевых ощущений в момент облучения; в этом – их «коварство».
В) Аварийные ситуации.
Работа по исследованию и изучению использования атомных реакторов ведётся в лаборатории одного из крупнейших Вузов страны – МИФИ – фильм.
Доклад: «Некоторые данные и следствия аварии на Чернобыльской АЭС» (материал из СМИ)
Выступление учителя (вывод): По мнению известного учёного-эколога А. Яблокова: «с позиций экологической безопасности страны радиоактивное загрязнение – одна из самых главных угроз. И доля атомных энергетических установок в создании этой угрозы очень значительна». Но существующие альтернативы атомным станциям пока не способны решить проблемы потребления электроэнергии в мировом масштабе.
Подведение итогов
Используемая литература:
1. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев «Учебник
физики», 11 класс, Москва, «Просвещение», 2007 г.
2. Ю. Г. Павлюченко «Начала физики».
3. К. Манолов, В Тютюнник «Биография атома»,
Москва «Мир», 1984 г.
4. Б. М. Яворский, А. А. Пинский, «Основы
физики».
(Доклады, подготовленные учащимися к уроку-конференции, представлены не все с целью экономии объёма представленной работы).