Атомная энергетика конспект урока

Обновлено: 20.05.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Урок физики в 9 классе

Тип урока : изучение нового материала с опережающим домашним заданием.

Цели и задачи урока :

- Показать различные аспекты (в том числе и нравственные) применения атомной энергии.

- Создать условия для формирования и развития: социальной компетенции (способность взять на себя ответственность, совместно вырабатывать решения и участвовать в их реализации), коммуникативной компетенции (умение высказывать свою точку зрения и принимать альтернативную информацию по данной проблеме), когнитивной компетенции (вырабатывать потребность в актуализации своего личного потенциала, совершенствовать способность к саморазвитию).

- Создать условия для активизации и развития продуктивного мышления, способности к анализу, рефлексии.

- Развивать навыки использования информационных технологий и различных источников информации для решения проблемы.

Подготовительная работа:

Детям было предложено ознакомиться с применением атомной энергетики.

Ход урока :

1. Организационный момент . слайд 1

Для успешного усвоения нового материала давайте вспомним то, что уже изучили. На последних уроках мы узнали, что вещества могут быть радиоактивными. ( Слайд 2 )

- Что такое радиоактивность?

- Каков состав возникающего излучения? ( Слайд 3-4 )

2. Вводное слово учителя: ( Слайд 5 )

Сейчас особенно актуальны проблемы экологии. Всё человечество волнует вопрос: Каковы будут последствия научно-технического прогресса, цивилизации в целом? Не приведет ли прогресс к физической гибели планеты, к исчезновению жизни?

3.Выступления учеников с комментарием учителя, сопровождаемая презентацией ( Слайд 6 )

Атомная энергия - энергия, скрытая в атомах вещества и выделяющаяся при расщеплении их. Она так широко применяется, что наш век можно назвать веком атома.

1)Атомная энергия применяется для производства электрической энергии на атомных электростанциях, может использоваться также только для целей теплоснабжения. Такие атомные станции (ACT) имеются уже в ряде стран.

Атомные электростанции – третий “кит” в системе современной мировой энергетики. ( Слайд 7 )

Одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, является проблема источников энергии. Потребление энергии растет столь быстро, что известные в настоящее время запасы топлива окажутся исчерпанными в сравнительно короткое время. Например, запасов угля может хватить примерно на 350 лет, нефти – на 40 лет, природного газа - на 60 лет. Возобновляемые источники энергии (приливы рек, ветра, солнца и др.) могут обеспечить лишь 5-10% наших потребностей.

В 1954 г. начала работать первая в мире атомная станция в г. Обнинске под Москвой. Мощность ее была весьма скромной - 5 МВт. Однако она сыграла роль экспериментальной установки, где накапливался опыт эксплуатации будущих крупных АЭС. Впервые была доказана возможность производства электрической энергии на основе расщепления ядер урана, а не за счет сжигания органического топлива и не за счет гидравлической энергии.

Преимущества АЭС. (выступление ученика) ( Слайд 8 )

Атомная энергия по отношению к традиционным источникам энергии обладает рядом преимуществ : ( Слайд 9 )

--Для работы АЭС требуется очень небольшое количества топлива, его удельная энергоемкость в 1 - 2 млн. раз больше, чем обычного горючего.

--- Атомное горючее является наиболее компактным и транспортабельным: плотность урана – масса 50 кг – радиус 9 см.

-- Экологическая чистота при правильной эксплуатации установки.

В России имеется 10 атомных электростанций (АЭС), и практически все они расположены в густонаселенной европейской части страны. В 30-километровой зоне этих АЭС проживает более 4 млн. человек:

АЭС порождает новые серьёзные проблемы:

Ф а к т 1. Чернобыльская катастрофа (выступление ученика)

Чернобыльская АЭС (51°23′22″ с. ш. 30°05′59″ в. д.) расположена на территории Украины вблизи города Припять, в 18 километрах от города Чернобыль, в 16 километрах от границы с Республикой Беларусь и в 110 километрах от Киева.

Ко времени аварии на ЧАЭС использовались четыре реактора РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт (тепловая мощность 3200 МВт) каждый. Ещё два аналогичных реактора строились. ЧАЭС производила примерно десятую долю электроэнергии УССР.

Примерно в 1:24 26 апреля 1986 года на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС произошёл взрыв, который полностью разрушил реактор. Здание энергоблока частично обрушилось, при этом погибли 2 человека. В различных помещениях и на крыше начался пожар. ( Слайд 14 )

Впоследствии остатки активной зоны расплавились. ( Слайд 15 )

Смесь из расплавленного металла, песка, бетона и фрагментов топлива растеклась по подреакторным помещениям. В результате аварии произошёл выброс в окружающую среду радиоактивных веществ, в том числе изотопов урана, плутония, йода-131 (период полураспада 8 ней), цезия-134 (период полураспада 2 года), цезия-137 (период полураспада 33 года), стронция-90 (период полураспада 28 лет).

- Что принесла эта трагедия ?

В результате: (Слайд 16-17 )

пришлось образовать 30-километровую зону отчуждения, из которой в обязательном порядке были эвакуированы все жители;

оказалось необходимым только на Украине переселить 7247 населенных пункта, перенеся их на новые земли;

в Белоруссии с 500 тыс. га были вынуждены тоже выселить людей и еще 215 тыс. га стали зоной Полесского государственного радиационного экологического заповедника;

Перед аварией в реакторе четвёртого блока находилось 180—190 тонн ядерного топлива (диоксида урана). По оценкам, которые в настоящее время считаются наиболее достоверными, в окружающую среду было выброшено от 5 до 30 % от этого количества. Некоторые исследователи оспаривают эти данные, ссылаясь на имеющиеся фотографии и наблюдения очевидцев, которые показывают, что реактор практически пуст. Следует, однако, учитывать, что объём 180 тонн диоксида урана составляет лишь незначительную часть от объёма реактора. Реактор в основном был заполнен графитом; считается, что он сгорел в первые дни после аварии. Кроме того, часть содержимого реактора расплавилась и переместилась через разломы внизу корпуса реактора за его пределы.

Кроме топлива, в активной зоне в момент аварии содержались продукты деления и трансурановые элементы — различные радиоактивные изотопы, накопившиеся во время работы реактора. Именно они представляют наибольшую радиационную опасность. Большая их часть осталась внутри реактора, но наиболее летучие вещества были выброшены наружу, в том числе:

все благородные газы , содержавшиеся в реакторе;

примерно 55 % иода в виде смеси пара и твёрдых частиц, а также в составе органических соединений;

Загрязнению подверглось более 200 000 км², примерно 70 % — на территории Белоруссии, России и Украины. Радиоактивные вещества распространялись в виде аэрозолей, которые постепенно осаждались на поверхность земли. Благородные газы рассеялись в атмосфере и не вносили вклада в загрязнение прилегающих к станции регионов. Загрязнение было очень неравномерным, оно зависело от направления ветра в первые дни после аварии. Наиболее сильно пострадали области, в которых в это время прошёл дождь. Большая часть стронция и плутония выпала в пределах 100 км от станции, так как они содержались в основном в более крупных частицах. Йод и цезий распространились на более широкую территорию.

Чем сегодня опасен Чернобыль? Из 2044 км 2 зоны отчуждения большая ее часть — 1856 км 2 — загрязнена радиоактивным цезием, стронцием и плутонием. Полный распад плутония наступит через 23 000 лет. В масштабах человеческой жизни этот срок колоссален! Территория вокруг ЧАЭС загрязнена и трансурановыми элементами, период полураспада которых ~ 300 лет.

1. К каким выводам вы пришли, узнав фрагменты из истории чернобыльской катастрофы? Свой ответ аргументируйте.

2. На какие мысли навела вас эта информация?

3. Какие еще факты о последствиях трагедии вы знаете?

Одной из серьезных проблем АЭС является утилизация ядерных отходов. Во Франции, к примеру, этим занимается крупная фирма "Кожема". Топливо, содержащее уран и плутоний, с большой осторожностью, в специальных транспортных контейнерах — герметичных и охлаждаемых — направляется на переработку, а отходы — на остекловывание и захоронение.

Факт 2 . Радиоактивные отходы: современные проблемы и один из проектов их решения

Радиоактивные отходы ( РАО ) — отходы, содержащие радиоактивные изотопы химических элементов и не имеющие практической ценности. ( Слайд 18 )

После окончания второй мировой войны, в годы холодной войны, когда мир был поделен на два непримиримых антагонистических лагеря, сверхдержавы вели гонку вооружений, в том числе атомных, полагая, что свое превосходство можно доказать только силой. И накопили оружия столько, что его было во много раз больше, чем потребовалось бы, если угроза новой войны перешла бы в реальность.

При этом образовалось много ядерных отходов, которые систематически пополнялись морально устаревшими, списываемыми атомными устройствами. Эти отходы, масса которых исчислялась тоннами, упаковывались в контейнеры и сбрасывались в Мировой океан. Только США провели таким образом захоронение в 11-ти точках Тихого океана, Япония — в 6-ти; в подобных операциях участвовали также Англия, Бельгия, Нидерланды и другие страны, опуская контейнеры со смертоносным грузом в Бискайский залив, в северные моря, на дно Атлантики. Аналогичные сбросы делал и Советский Союз.

Долговременное хранение РАО требует консервации отходов в форме, которая не будет вступать в реакции и разрушаться на протяжении долгого времени. Одним из способов достижения подобного состояния является витрификация (или остеклование). В настоящее время в Селлафилде (Великобритания) высокоактивные РАО (очищенные продукты первой стадии пурекс-процесса) смешивают с сахаром и затем кальцинируют. Кальцинирование подразумевает прохождение отходов через нагретую вращающуюся трубу и ставит целью испарение воды и деазотирование продуктов деления, чтобы повысить стабильность получаемой стекловидной массы.

В полученное вещество, находящееся в индукционной печи , постоянно добавляют измельченное стекло. В результате получается новая субстанция, в которой при затвердении отходы связываются со стеклянной матрицей. Это вещество в расплавленном состоянии вливается в цилиндры из легированной стали . Охлаждаясь, жидкость затвердевает, превращаясь в стекло, которое является крайне устойчивым к воздействию воды. По данным международного технологического общества, потребуется около миллиона лет, чтобы 10 % такого стекла растворилось в воде.

После заполнения цилиндр заваривают, затем моют. После обследования на предмет внешнего загрязнения стальные цилиндры отправляют в подземные хранилища. Такое состояние отходов остается неизменным в течение многих тысяч лет.

2. Как вы думаете: какой метод захоронения отходов дороже — метод остеклования взрывом или традиционный, требующий сооружения бетонных могильников? Почему? (Ответ. Традиционный метод дороже: для его осуществления требуется возвести помимо могильников комплекс обслуживающих предприятий и поддерживать постоянными параметры захоронений — давление, температуру, влажность.)

Получение атомной энергии и производство искусственных элементов в атомном реакторе представляют лишь одну сторону новой эпохи научно-технического прогресса.

Ибо, к сожалению, атомный век начался не с создания атомных электростанций, то есть с мирного использования ядерной энергии, которая служит лишь благу человечества.

Факт №3 Содействие атомной энергетики распространению ядерного оружия (выступление ученика) ( Слайд 19 )

Я́дерное ору́жие (или а́томное ору́жие) — это совокупность ядерных боеприпасов , средств их доставки к цели и средств управления; относится к оружию массового поражения наряду с биологическим и химическим оружием.

Грандиозное оружие массового поражения, атомные и термоядерные бомбы определяют сильную сверхдержаву. А только на территории США и бывшего СССР в середине 1995 года насчитывалось около 25 тыс. ядерных боеголовок.

При подрыве ядерного боеприпаса происходит ядерный взрыв , поражающими факторами которого являются:

Цель – в форме активной деятельности способствовать формированию у старшеклассников чувства гражданской ответственности за свое будущее, за будущее своего города, своей страны.

воспитанию осознанного отношения к жизненным ситуациям;
развитию умения анализировать и делать выводы;
формированию и развитию навыков работе учащихся в группе;
развитию навыков владения речью;
формированию понимания того, что существуют ситуации, когда необходим самоконтроль для достижения позитивного результата.

Основные понятия и термины занятия: АЭС, атомная энергетика.

Тип урока: комбинированный.

Формы и методы обучения: беседа, презентация, работа в группах.

Работа в группах: обсуждение и заполнение таблицы.
Коллективная экспертная оценка результатов под руководством учителя.
Общие выводы.

* резерв 10 минут.

1. Организационный момент.

2. Знакомство с предметным содержанием темы с помощью наглядной презентации. (Приложение 1)

Учитель: Человечество живет в едином, взаимосвязанном мире, и наиболее серьезные энергетические, экологические и социально-экономические проблемы приобретают глобальный масштаб. Уже стали привычными такие достижения науки и техники, как средства мобильной связи, высокоскоростной транспорт, освоение космического пространства. Это требует огромных затрат энергии. Поэтому одной из проблем, стоящих перед людьми, является проблема источников энергии. Сегодня реальный вклад в энергоснабжение вносит ядерная энергетика.

Вопрос: Как вы думаете, почему возникла необходимость использования ядерного топлива? Почему необходимо развивать атомную энергетику? (Слайд 2 и 3)

Учитель: Потребление энергии растет столь быстро, что известные в настоящее время запасы топлива окажутся исчерпанными уже через сравнительно короткое время. Проблему “энергетического голода” не решает использование возобновляемых источников энергии: рек, ветра, солнца, морских волн, глубинного тепла Земли. Сегодня с вами мы поговорим об атомной энергетике. (Слайд 4 и 5)

До 1940 года считали, что ядерная энергетика представляет чисто научный интерес. Еще в 1937 году лорд Эрнст Резерфорд утверждал, что получение ядерной энергии в более или менее значительных количествах, достаточных для практического использования, никогда не будет возможным. (Слайд 6) Но уже в 1942 г. под руководством Энрико Ферми в США был построен первый ядерный реактор. (Слайд 7) К сожалению, в это время шла вторая мировая война и 16 июля 1945 года в 5 часов 30 минут утра по местному времени в пустыне Аламогордо (штат Нью-Мехико, США) была испытана первая атомная бомба. (Слайд 8) В 1946 г. первый европейский реактор был создан в СССР под руководством И.В.Курчатова. Под его руководством был разработан и проект первой в мире АЭС. (Слайд 9) В январе 1954 года со стапелей доков ВМФ США в Гротоне (штат Коннектикут) сошла подводная лодка нового типа — атомная, которой дали имя ее знаменитой предшественницы — Nautilus. (Слайд10) 27 июня 1954 году в Обнинске была пущена первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт. (Слайд 11) Вслед за первой АЭС в 50-ые годы сооружаются АЭС: Calder Hall-1 (1956 г., Великобритания); Shippingport (1957 г., США); Сибирская (1958 г., СССР); G-2, Маркуль (1959 г., Франция). (Слайд 12) После накопления опыта эксплуатации первенцев атомной энергетики в СССР, США, странах Западной Европы были разработаны программы сооружения головных образцов будущих серийных энергоблоков. 17 сентября 1959 года в свой первый рейс вышел первый в мире атомный ледокол “Ленин”, построенный на ленинградском Адмиралтейском заводе и приписанный к Мурманскому пароходству. (Слайд 13)

Итак, атомная энергия сегодня востребована. (Слайд 14)

Учитель: Ядерная энергетика развивается во всем мире и является одним из самых перспективных на сегодняшний день направлений энергетики. Однако использование ядерной энергии в мирных целях создает и серьезные проблемы. Давайте разделимся на группы по 6 человек и порассуждаем, в чем преимущества и недостатки использования ядерной энергетики в мирных целях. Не забудем посмотреть на ядерную энергетику с точки зрения “интересно”. У вас 10 минут. Необходимо написать хотя бы по 3 пункта в каждую графу. (Слайд 15)

4.1. Работа в группах: обсуждение и заполнение таблицы.

Оборудование: листы бумаги с таблицей.

4.2. Коллективная экспертная оценка результатов под руководством учителя. (Слайды 16, 17, 18)

ПЛЮС МИНУС ИНТЕРЕСНО

- Экономия органического топлива.

- Малые массы горючего.

- Получение большой мощности с одного реактора.

- Невысокая себестоимость энергии.

- Отсутствие потребности в атмосферном воздухе.

- Сложность ликвидации ядерного энергетического объекта.

- Высокая квалификация и ответственность кадров.

- Доступность для терроризма и шантажа с катастрофическими последствиями.

- Уменьшение парникового эффекта.

- Жизнь животных и растений на территориях вокруг АЭС.

- Как радиоактивные отходы повлияют на все живое на планете в будущем.

Учитель: Несмотря на опасности, связанные с радиоактивным излучением, а также потенциальной возможностью взрыва, ядерная энергетика развивается во всем мире и является одним из самых перспективных на сегодняшний день направлений энергетики. В структуре топливно-энергетического баланса (ТЭБ) и электроэнергетики мира преобладают, соответственно, нефть (40%) и уголь (38%). В мировом ТЭБ газ (22%) занимает третье место после угля (25%), а в структуре электроэнергетики газ (16%) находится на предпоследнем месте, опережая только нефть (9%) и уступая всем остальным видам энергоносителей, включая атомную энергетику (17%).(Слайд 19)

В России наоборот газ доминирует как в ТЭБ (49%), так и в электроэнергетике (38%). Атомная энергия России занимает сравнительно скромное место (15%) в производстве электроэнергии по сравнению со среднемировыми показателями (17%). (Слайд 20) Использование мирного атома остается одним из приоритетных направлений развития российской энергетики. Несмотря на свое сравнительно скромное место в общем производстве электроэнергии по стране, атомная промышленность имеет огромное количество практических применений (создание вооружения с ядерными компонентами, экспорт технологий, освоение космоса). Количество нарушений в работе наших АЭС постоянно снижается: по количеству остановок энергоблоков Россия сегодня уступает только Японии и Германии. (Слайд 21) В условиях глобального кризиса энергоносителей, когда цена на нефть уже превысила отметку в $100 за баррель, развитие таких перспективных и высокотехнологичных областей, как ядерная промышленность, позволит России удержать и усилить свое влияние в мире. (Слайд 22)

Учитель: Мы с вами живем рядом с Северской АЭС. (Слайд 23) В условиях дефицита электроэнергии и тепла в нашем городе нас должен интересовать вопрос строительства новой атомной станции. Посмотрите запись передачи “Час пик” от 29 марта 2008 года. (Слайд 24)

Учитель: Возникает вопрос: нужна ли АЭС городу Томску? (Слайд 25)

Давайте не будем торопиться с однозначными выводами, и рассмотрим эту проблему:

А) с точки зрения открывающейся перспективы.
Б) с точки зрения различных социальных групп, имеющих прямое отношение к данному вопросу.

6. Решение познавательной задачи 2А с помощью инструмента PMI (плюс, минус, интересно) и задачи 2Б с помощью инструмента S&C.

Учитель: Любое принятое решение всегда имеет какие-либо результаты. Существуют немедленные, краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные последствия. Немедленные последствия могут быть положительными, а долгосрочные отрицательными. Создадим 4 группы. Решение о строительстве новой АЭС практически принято. Давайте рассмотрим последствия этого решения. (Слайд 26)

1 группа – немедленные (после принятия решения о строительстве).
2 группа – краткосрочные (после начала строительства).
3 группа – среднесрочные (после ввода в эксплуатацию АЭС).
4 группа – дальнесрочные (после десятилетней работы АЭС).

6.1. Работа в группах: обсуждение и заполнение таблицы.

Оборудование: листы бумаги с таблицей.

6.2. Коллективная экспертная оценка результатов под руководством учителя.

Цели и задачи урока :

Выяснить преимущество АЭС перед ТЭС, принципиальные проблемы современной атомной энергетики.

определить причину негативного воздействия радиации на живые существа; научиться определять дозу излучения и возможные пути защиты от воздействия радиоактивных частиц и излучений.

Развитие познавательного интереса.

Развитие навыков общения и сотрудничества.

Развитие чувства уверенности и чувства собственного достоинства.

Повышение мотивации к учебе.

Что представляет собой атом согласно ядерной модели, выдвинутой Резерфордом?

Что такое радиоактивность?

Расскажите о механизме протекания цепной реакции.

Что называют критической массой урана?

Как идет цепная реакция в уране, если его масса больше критической?

Какими основными свойствами обладают α, β и γ- частицы?

Каким видом излучения часто сопровождается α и β- распад?

Вопросы, напечатанные на листах, раздаются по группам.

Работа в группах

Работа на ответы идет в группах, затем по порядку отвечают представители, оценивается каждый верный ответ одним баллом.

Изучение нового материала

Работать будем так : класс до урока на подготовительном этапе был разделен на 4 группы ( 2 группы будут сторонниками использования ядерной энергетики, а две – противниками.). Учащиеся в группах будут собирать доказательства в ту или иную пользу. Прослушав объяснение учителя; самостоятельно поработав с учебником и дополнительной литературой, а также воспользовавшись некоторыми сайтами Интернет, в конце урока представители каждой группы выскажут доказательства.

Ядерный реактор – это устройство, предназначенное для осуществления управляемой ядерной реакции.

Мы выяснили, что при протекании любой ядерной реакции выделяются частицы, которые при определенных условиях могут представлять опасность для живых организмов. Нам надо выяснить причину негативного воздействия радиации на живые существа и определить имеет ли смысл человечеству использовать ядерную энергию, приносит ли она вред или пользу.

Одной из важных проблем, стоящих перед человечеством, является проблема источников энергии. Потребление энергии растет столь быстро, что известные в настоящее время запасы топлива окажутся исчерпанными в сравнительно короткое время. Например, запасов угля может хватить примерно на 350 лет, нефти – 40 лет, природного газа – на 60 лет.

Использование ядерной энергии.

В 1954 году в нашей стране ( в г. Обнинске) была введена в действие первая в мире атомная электростанция (АЭС) . Ее мощность была невелика – всего 5000 кВт. Современные АЭС имеют в сотни раз большую мощность.

АЭС имеют ряд преимуществ перед другими видами электростанций. Основное их преимущество заключается в том, что для работы АЭС требуется очень небольшое количество топлива ( вспомните, что энергия, заключенная в 1 г урана, равна энергии, выделяющейся при сгорании 2,5 т нефти). В связи с этим эксплуатация атомных электростанций обходится значительно дешевле, чем тепловых ( для работы которых необходимы большие затраты на добычу и транспортировку топлива).

Правда, строительство тепловых станций (ТЭС) обходится дешевле, чем атомных. Поэтому на сегодняшний день стоимость тепловых и атомных станций сопоставима. Но в перспективе атомная энергетика станет более выгодной.

Второе преимущество АЭС ( при правильной эксплуатации) заключается в их экологической чистоте по сравнению с ТЭС. Конечно, в выбросах АЭС содержатся радиоактивные газы и частицы. Но большая часть радиоактивных ядер ( так называемых радионуклидов), содержащихся в выбросах АЭС, довольно быстро распадаются, превращаясь в нерадиоактивные. А количество долгоживущих радионуклидов и мощность их излучения сравнительно невелики. Поэтому для населения, проживающего в районах размещения АЭС, дополнительная радиационная нагрузка не превышает нескольких десятых процента от естественного радиационного фона.

Что же касается электростанций, работающих на угле, то именно они являются одним из основных источников поступления в среду обитания человека долгоживущих радионуклоидов. Дело в том, что в угле всегда содержатся микропримеси радиоактивных элементов, которые выносятся с продуктами сгорания, осаждаясь на прилегающей местности и накапливаясь на зольных полях возле ТЭС. Например, на зольных полях Рефтинской ТЭС, расположенной в 80 км от Екатеринбурга, за время ее работы накопилось до 7 кг урана, тория, радия и других радиоактивных изотопов.

Гидроэлектростанции на первый взгляд являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вреда природе. Так считали многие десятилетия. В нашей стране построено много ГЭС на великих реках. Теперь стало ясно, что этим строительством нанесен большой урон и природе, и людям.

Прежде всего строительство плотин на больших равнинных реках приводит к затоплению огромных территорий под водохранилища. Это связано с переселением большого числа людей и потерей пастбищных угодий. Во-вторых, перегораживая реку, плотина создает непреодолимые препятствия на путях миграций проходных и полупроходных рыб, поднимающихся на нерест в верховья рек. В-третьих, вода в верховьях застаивается, ее проточность замедляется, что сказывается на жизни всех живых существ, обитающих в реке и у реки. В-четвертых, местное повышение воды влияет на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию, к эрозии берегов и оползням. Этот список отрицательных последствий строительства ГЭС можно продолжить. С экологической точки зрения АЭС являются наиболее чистыми среди других ныне существующих энергетических комплексов. Опасность радиоактивных отходов полностью осознается человечеством, поэтому и конструкция, и эксплуатационные нормы атомных электростанций предусматривают надежную изоляцию от окружающей среды по крайней мере 99,999% всех получающихся радиоактивных отходов.

Следует учитывать, что фактические объемы радиоактивных отходов сравнительно невелики. Для стандартного ядерного энергоблока мощностью 1 млн. кВт – это – 3-4 м³ в год. Ясно, что с кубометром даже очень вредного и опасного вещества все же проще обращаться, чем с миллионом кубометров просто вредного и опасного , как, например, с отходами тепловых электростанций , которые практически целиком поступают в окружающую среду.

В настоящее время современная квалифицированная критика ядерной энергетики концентрируется на трех ее принципиальных проблемах : содействие распространению ядерного оружия, радиоактивные отходы и возможность аварий.

В 1957 году создано Международное агентство по атомной энергетике при ООН (МАГАТЭ) для контроля за распространением ядерного оружия и безопасным применением ядерной энергии в мирных целях.

Обезвреживание радиоактивных отходов сводится в основном к трем задачам : 1) к совершенствованию технологий с целью уменьшения образования отходов при работе реакторов; 2) к переработке отходов для их консолидации ( т.е. скрепления, связывания) и уменьшения опасности от распространения в окружающей среде; 3) к надежной изоляции от отходов биосферы и человека за счет создания могильников разных типов. Кроме того, на заводах по переработке ядерного топлива производится остеклование отходов. Газообразные отходы подвергаются очистке.

Известно, что радиоактивные излучения при определенных условиях могут представлять опасность для здоровья живых организмов. Дело в том, что α-; β-, γ – частицы, проходя через вещество, ионизируют его, выбивая электроны из молекул и атомов. Ионизация живой ткани нарушает жизнедеятельность клеток, из которых эта ткань состоит, что отрицательно сказывается на здоровье всего организма. Степень и характер отрицательного воздействия радиации зависит от нескольких факторов, в частности от того, какая энергия передана потоком ионизирующих частиц данному телу и какова его масса.

Энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым веществом ( в частности, тканями организма) и рассчитанная на единицу массы, называется поглощенной дозой излучения. (D)

Поглощенная доза излучения равна отношению поглощенной телом энергии Е к его массе m : D= E/m. В СИ единицей поглощенной дозы излучения является 1 грей (1Гр = 1 Дж/ 1кг).

В определенных случаях ( например при облучении мягких тканей живых существ рентгеновским или γ- излучением) поглощенную дозу можно измерять в рентгенах ( 1Гр соответствует 100 Р).

Но для достоверной оценки тяжести последствий, к которым может привести действие ионизирующих излучений, необходимо учитывать также, что при одинаковой дозе разные виды излучений вызывают разные по величине биологические эффекты. Например, при одной и той же дозе биологический эффект от действия α- частиц будет в 20 раз больше, чем от γ-излучения. В связи с этим принято говорить, что коэффициент качества (К) α-излучения равен 20, γ-излучения и рентгеновского излучения 1.

Коэффициент качества показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия γ- излучения ( при одинаковых поглощенных дозах).

В связи с тем, что одной и той же поглощенной дозе разные излучения вызывают различные биологические эффекты, для оценки этих эффектов была введена величина, называемая эквивалентной дозой (Н).

Эквивалентная доза Н определяется как произведение поглощенной дозы D на коэффициент качества К ; Н=В*К.

В СИ единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт.

При оценке воздействий ионизирующих излучений на живой организм учитывается и то, что одни части тела более чувствительны, чем другие. Например, при одинаковой дозе возникновения рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе.

Поглощенная и эквивалентная дозы зависят от времени облучения. При прочих равных условиях эти дозы тем больше, чем больше время их облучения, т. Е. дозы накапливаются со временем.

Существует так называемый естественный фон радиации. Источником этого радиационного фона служат космические излучения, радиоактивные вещества в недрах Земли и пр. В результате воздействия этого естественного фона человек ежегодно поглощает дозу, равную 0,002 Гр. Такая доза не оказывает отрицательного влияния на здоровье.

Легче всего защититься от α- излучения, так как оно обладает низкой проникающей способностью и поэтому задерживается, например, листом бумаги, одеждой, кожей человека. В то же время α- частицы, попавшие внутрь организма (с пищей, воздухом, через открытые раны), представляют большую опасность.

β - излучение имеет гораздо большую проникающую способность, поэтому от его воздействия труднее защититься. β излучение может проходить в воздухе расстояние до 5м; оно способно проникать и в ткани организма (примерно на 1-2см). Защитой от β –излучения может служить, например, слой алюминия толщиной в несколько миллиметров.

Еще большей проникающей способностью обладает γ-излучение, оно задерживается толстым слоем свинца или бетона. Поэтому γ – радиоактивные препараты хранят в свинцовых контейнерах. По этой же причине в ядерных реакторах используют толстый бетонный слой, защищающий людей от γ – лучей и различных частиц ( γ – частиц, нейтронов, осколков деления ядер и пр.)

Иллюзия о безопасности ядерной энергетики была разрушена после нескольких больших аварий в Великобритании, США и России, апофеозом которых стала катастрофа на Чернобыльской АЭС. Во всем мире спешно начали применять меры по повышению степени безопасности объектов ядерной энергетики и требований к их безаварийности. Катастрофа в Чернобыле показала, что потери при аварии на ядерном энергетическом реакторе на несколько порядков превышают потери при аварии на энергетической установке такой же мощности, использующей ископаемое топливо.

Однако опасность ядерной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Даже без них около 250 радиоактивных изотопов попадают в окружающую среду в результате работы ядерных установок. Эти радиоактивные частицы вместе с водой, пылью, пищей и воздухом проникают в организмы животных, людей, вызывая раковые заболевания, врожденные дефекты, ослабление иммунной системы, и увеличивают общую заболеваемость населения, проживающего вокруг ядерных установок.

Еще одна область риска : ядерную энергетику могут использовать для создания атомного оружия те страны, которые еще не имеют его; высокорадиоактивные отработанные топливные элементы могут оказаться в преступных руках. Один атомный реактор содержит радиоактивного материала в 1000 раз больше, чем бомба, уничтожившая Хиросиму. Религиозные секты и террористы, создающие сегодня производство отравляющих и взрывчатых веществ, вполне в состоянии в тех же подлых целях использовать и расщепляющийся материал ядерных отходов.

Захоронение отходов под землю, в брошенные угольные шахты, соляные копи, специально подготовленные подземные полости в глубочайшие впадины морского дна без возможного обратного извлечения. Сброс отходов в океаны и моря в специальных контейнерах, а иногда, к сожалению, и без них. С течением времени эти контейнеры могут быть подвержены коррозии или разрушены в результате земле- и океанотрясений, из них ядовитые вещества попадут в окружающую среду. Поэтому абсолютных безопасных методов захоронения отходов пока не найдено.

Наибольшую тревогу вызывает захоронение высокорадиоактивных отходов (ВРО) . количество их только в США к 200г. составило 43 тыс. тонн. По мнению специалистов, для захоронения ВРО наиболее безопасны подземные хранилища, они предполагают изоляцию ВРО в течение 100 тыс. лет. Площадки выбираются чрезвычайно строго с учетом геологических, гидрологических, сейсмических и других характеристик. Однако при длительном хранении контейнеров с ВРО в подземных бункерах не исключена возможность накапливания газообразных продуктов, коррозии и повышения их давления вплоть до 1МПа. Это может в конечном итоге привести к нарушению герметичности могильника и к радиоактивному загрязнению окружающей среды.

В нашей стране для связывания ВРО довольно широко используется метод кальцинации-остекловывания ВРО в специальной вращающейся печи-кальцинаторе. Образующиеся при этом газы проходят специальную очистку.

Радиационное поле Южного Урала довольно хорошо изучено как неземными методами, так и аэрогеофизическими, создавшими базу для получения детальной карты естественной радиоактивности.

Суммарные данные по естественной радиоактивности пород позволили выделить на территории области пять типов радиохимических зон, отличающихся друг от друга по интенсивности естественного излучения.

Довольно высокой естественной радиоактивностью обладают породы и угли Челябинского буроугольного бассейна. Однако они перекрыты плащом более молодых рыхлых пород, сильно ослабляющих естественный фон.

Современная биофизика отмечает различное ( не всегда негативное) влияние радиоактивности на живые существа, растительность и различные ее виды. Повышенная естественная радиоактивность может вызывать в некоторых ландшафтах изменение видового состава, плотности той или иной популяции, ускорение роста и многого другого. Радоновые воды, например, используют в медицине.

В 1946 году в Челябинской области, близ Каслей, в краю озер и сосновых лесов, начал строиться промышленный комплекс по получению оружейного плутония. В 1948 году здесь был пущен первый в стране промышленный атомный реактор, а в 1949 году – первый радиохимический завод. В 1949 – 1951 годы жидкие радиоактивные отходы радиохимического производства просто сбрасывались в небольшую реку Течу бассейна Тобола. В последующие годы сброс отходов в Течу уменьшился, а в 1956 году совсем прекратился, но в результате радиоактивного загрязнения воды, донных отложений и пойменных земель жители прибрежных населенных пунктов подверглись как внешнему облучению, так и внутреннему, поступавших в организм с пищей и водой. Зараженную воду пил скот. Река использовалась жителями для разведения уток, гусей, рыбной ловли без всяких ограничений. В ней купались, их нее брали воду. Это и стало причиной облучения. Река была огорожена колючей проволокой и объявлена запретной зоной. Жители целого ряда прибрежных деревень были переселены.

Самостоятельная работа в группах.

§ 69, 70. Ответить на вопросы в конце параграфов устно, прочитать конспект урока, продолжить подготовку к зачету по главе 4 учебника.

В данном видеоуроке мы с вами поговорим о таком важном вопросе, как ядерная энергетика и экологических проблемах, связанных с её использованием. Рассмотрим устройства и типы различных АЭС. А также узнаем преимущества АЭС над другими видами электростанций.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Ядерный реактор. Ядерная энергетика"

Открытие деления тяжёлых ядер привело к возникновению и развитию ядерной (или атомной) энергетики, основанной на использовании энергии, запасённой внутри ядра атома. Установки, на которых эта энергия преобразуется в электрическую, получили название атомных электростанций (сокращённо АЭС).

Но мы немного отвлеклись. Итак, на современных АЭС для получения электроэнергии используется энергия, выделяющаяся в результате цепной реакции деления. А в качестве источника ядерной энергии используется преимущественно уран-двести тридцать пять.

Давайте вспомним, что цепной называется реакция, в которой частицы, вызывающие ядерную реакцию распада, образуются как продукты этой же реакции.

Как мы уже знаем, цепная реакция может быть управляемой и неуправляемой.

Чтобы управлять цепной ядерной реакцией необходимо очень точно контролировать процесс размножения нейтронов, делая его таким, чтобы число нейтронов в процессе реакции оставалось практически неизменным. Это стало возможным, благодаря изобретению ядерного реактора.

Ядерный реактор — это устройство, в котором происходит управляемая цепная ядерная реакция деления ядер тяжёлых элементов под действием нейтронов.

Как правило, ядерный реактор имеет пять основных составных частей. Главную часть реактора называют активной зоной.

В активной зоне расположены тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), имеющие трубчатую форму и содержащие топливо. Именно в них идёт цепная реакция. Масса топлива в каждом ТВЭЛе значительно меньше критической, поэтому в одном стержне цепная реакция происходить не может (это делается специально из соображений безопасности). Она начинается после погружения в активную зону всех стержней, то есть когда масса делящегося вещества достигнет критического значения.

Активная зона окружена отражателем нейтронов, возвращающим их внутрь активной зоны для продолжения реакции. Хорошим отражателем нейтронов является бериллий.

Чтобы ядерное топливо использовалось максимально эффективно, в активную зону реактора вводят замедлители, которые замедляют нейтроны, выделяющиеся при цепных реакциях. В качестве замедлителей чаще всего используют графит, который состоит из чистого углерода или тяжёлую воду, в состав которой входит дейтерий.

Давайте вспомним, зачем нужны замедлители нейтронов. Итак, средняя энергия нейтронов, появляющихся в реакторе, около двух мегаэлектронвольт. Если энергия нейтронов меньше одной десятой электронвольта, то их называют тепловыми, так как их скорости близки к скорости теплового движения. Если же энергия нейтронов больше одной десятой мегаэлектронвольта, а модуль их скорости порядка десяти миллионов метров в секунду, то нейтроны называют быстрыми. Замедлитель эффективно отбирает энергию у быстрых нейтронов, рождающихся в реакции деления. Нейтроны замедляются (отсюда и название вещества — замедлитель) до энергий порядка долей электронвольта. Под действием медленных (тепловых) нейтронов хорошо делятся изотопы урана-235, при этом выделяется в среднем 170 МэВ энергии в виде кинетической энергии разлетающихся осколков. Также хорошо под действием тепловых нейтронов делятся изотопы плутония-239 и урана-233, которые в природе не встречаются и получаются искусственным путём.

Для управления цепной реакцией в реакторе предусмотрены регулирующие стержни, которые состоят из материалов (чаще соединения кадмия или бора), поглощающих нейтроны. Для того чтобы остановить цепную реакцию, регулирующие стержни полностью погружают в активную зону реактора.

Чтобы заново запустить реактор, стержни постепенно выводят из активной зоны до тех пор, пока не начнётся цепная реакция деления ядер урана. Обычно всё это происходит автоматически. Однако в случае внештатных ситуаций предусмотрена и ручная регулировка погружения стержней.

Для отвода из активной зоны реактора выделяющейся энергии, чаще всего используется вода. Она нагревается стенками ТВЭЛов в среднем до 320 о С и под давлением порядка 100 атм выводится из активной зоны.

Далее вода превращается в пар и направляется к паровым турбинам для генерации электрической энергии.

Как мы уже говорили, снаружи активная зона реактора окружена отражателем нейтронов. А поверх отражателя располагаются стальной корпус реактора и защитный слой бетона, которые ослабляют радиоактивное излучение до биологически безопасного уровня.

Сейчас существует огромное количество разнообразных реакторов. В связи с чем их принято делить на следующие типы:

Исследовательские — с их помощью получают мощные пучки нейтронов для научных целей.

Энергетические реакторы служат, в основном, для промышленной выработки электричества.

В теплофикационных реакторах вырабатывают тепло для нужд промышленности и теплофикации.

Есть реакторы воспроизводящие, в которых из изотопа урана-двести тридцать восемь и изотопа тория получают делящиеся материалы плутония и изотопа урана двести тридцать три.

А также принято выделять транспортные реакторы. Из названия понятно, что их используют в двигательных установках кораблей и подводных лодок.

Итак, как мы упоминали в самом начале урока, выработка электроэнергии, основанная на использовании управляемой ядерной реакции, производится на атомных электростанциях. Первая в мире АЭС была построена в СССР в городе Обнинске и дала ток 27 июня 1954 года. Её мощность составляла всего 5 МВт.

Сейчас, несмотря на опасности, связанные с радиоактивным излучением, а также принципиальной возможностью взрыва, ядерная энергетика развивается во всём мире и является одним из самых перспективных на сегодняшний день направлений. Это обусловлено несколькими причинами. Во-первых, запасы угля, нефти и природного газа, используемые на тепловых электростанциях, стремительно сокращаются. Кроме того, используемое на ТЭС топливо содержит в себе от полутора до четырёх с половиной процентов серы. Образующийся при сгорании сернистый ангидрид частично выбрасывается в атмосферу, где, после взаимодействия с атмосферной влагой, превращается в раствор серной кислоты и в виде кислотных дождей выпадает на землю.

Почти исчерпали себя и возможности дальнейшего развития гидроэнергетики. Дело в том, что при строительстве гидроэлектростанций отчуждаются огромные площади земли, в связи со строительством водохранилищ и образованием вследствие этого болот.

Получение энергии из возобновляемых источников энергии — Солнца и ветра — до сих пор остаётся проблемой будущего. Ведь, как оказалось, для строительства таких электростанций большой мощности также требуются огромные территории.

Во-вторых, атомные электростанции с экологической точки зрения более безопасны. Они не загрязняют атмосферу дымом и пылью, как это делают тепловые электростанции, и не нарушают природное равновесие, что неотвратимо при строительстве гидроэлектростанций.

При этом производимая энергия на АЭС становится намного дешевле энергии, вырабатываемой на тепловых электростанциях.

Но в атомной энергетике есть и свои проблемы. Одной из основных и очень серьёзных проблем является хранение и переработка радиоактивных отходов. К сожалению, на сегодняшний день не существует абсолютно безопасных методов захоронения ядерных отходов, поскольку при существующих технологиях не исключена вероятность их утечки в окружающую среду.

Вторая проблема связана с необходимостью защиты людей и окружающей среды от возможного воздействия нейтронов и гамма-излучений.

Всем известно о катастрофе, произошедшей на четвёртом блоке Чернобыльской атомной станции в апреле 1986 года. В результате нарушения технологических процессов произошло перегревание активной зоны. Последующий за этим взрыв разрушил оболочку реактора. Большое количество радиоактивных веществ было выброшено в атмосферу. Кратковременному заражению короткоживущими изотопами подверглись огромные территории. Долговременное заражение сделало невозможными для проживания тысячи квадратных километров территории Беларуси, России и Украины, где выпали наиболее опасные изотопы стронция, цезия и радиоактивного йода.

А не так давно, 11 марта 2011 года, в результате сильнейшего в истории Японии землетрясения и последовавшего за ним цунами, произошла крупная авария на АЭС Фукусима-один. В декабре тринадцатого года АЭС была официально закрыта. На её территории до сих пор продолжаются работы по ликвидации последствий аварии. По предварительным оценкам, для приведения объекта в стабильное, безопасное состояние может потребовать до 40 лет.

В заключении урока отметим, что в настоящее время для развития ядерной энергетики необходимо научиться использовать термоядерный синтез. Это связано с тем, что продуктами этих реакций являются лёгкие стабильные изотопы, не загрязняющие окружающую среду.

Урок разработан в соответствии с требованиями ФГОС.В ходе урока обсуждаются все "плюсы" и "минусы" использования атомной энергетики, прослеживается история развития атомной энергетики в России. Предлагаются пути решения основных проблем, связанных с использованием атомных электростанций.

Урок: “Атомная энергетика”

Скабелина Елена Петровна, учитель физики

Тип урока: изучение нового материала с опережающим домашним заданием.

Класс: 9 класс

Цели и задачи урока:

- ознакомить учащихся с сомнениями в необходимости развития атомной энергетики;

- рассмотреть проблему энергетического голода человечества;

- ознакомить учащихся с историей развития атомной энергетики;

- рассмотреть достоинства и недостатки различных видов электростанций;

- ознакомить учащихся с путями решения проблем атомной энергетики

Виды деятельности:

Индивидуальная работа с интерактивной доской.

Коллективная работа с интерактивной доской.

Методы преподавания:

Практический: решение задач.

Наглядный: использование компьютерной презентации, интерактивной доски.

Оборудование:

Компьютер, мультимедиа, интерактивная доска.

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Организация начала урока.

Проверка домашнего задания.

Всесторонняя проверка знаний.

Определите, сколько протонов и нейтронов в ядре атома бериллия ₄ 9 Ве.

А. Z=9, N=4.

Б. Z=5, N=4.

В. Z=4, N=5.

Ядро какого химического элемента образуется при альфа - распаде

₈₈ 226 Ra → ? + ₂ 4 He.

А. Радона

Б. Урана

В. Кальция

3. Определите неизвестный продукт ядерной реакции:

₁₃ 27 Al +₀ 1 n → ₁₂ 27 Mg+ ?.

А. электрон

Б. протон

Определите количество протонов и нейтронов в ядре атома железа ₂₆ 56 Fe.

А. Z=26, N=56.

Б. Z=26, N=30.

В. Z=56, N=30.

Ядро какого химического элемента образуется при бета - распаде

₆ 14 C → ? + _-1 0 e.

А. Азота

Б. Фтора

В. Кислорода

3. Определите неизвестный продукт ядерной реакции:

₉₄ 239 Pu +₂ 4 He → ₉₆ 242 Am + ?.

А. протон

Б. электрон

В. нейтрон

Актуализация знаний.

Итак, что же нам уже известно о строении атома?

Важны ли эти знания для человека?

Мотивация.

Запишите тему сегодняшнего урока и будьте предельно внимательны, т.к. в конце занятия вам предстоит сделать определенные выводы.

VI.Начало изучения нового материала.

Помогут разобраться в проблеме специалисты, которых я представлю.

Проблема энергетического голода (Энергетик).

История развития атомной энергетики в России. (Историк)

Пути решения проблем атомной энергетики. (Эколог)

Выводы: стоит или нет развивать атомную энергетику?

Проблемная беседа по поставленному вопросу с формулировкой общего вывода, в котором заключается ответ на вопрос, поставленный к уроку в целом.

Аргументы против:

Несмотря на то, что это неисчерпаемый источник энергии, компактный, бездымный, он тоже дает отходы. Это ставшие радиоактивными детали и отработавшие тепловыделяющие элементы. Просто так их выбросить нельзя, приходится хранить в специальных контейнерах, сделанных из свинца, и опускать глубоко в землю в специальные шахты, чтобы не дать возможности излучениям вырваться наружу. А это все дорого. Иначе обезвредить отхода мы пока не можем. Вот и получается: тот выигрыш, который мы получаем при использовании ядерной энергии, перекрывается проигрышем, связанным с захоронением отходов. И далее, взрыв реактора на АЭС – грозная опасность для жизни на Земле. А если таких взрывов будет несколько, на нашей планете может наступить ядерная зима. Человек не сможет выжить, он погубит и себя, и Землю!

Аргументы за:

Многие готовы отказаться от развития атомной энергетики только потому, что живут днем сегодняшним, не думая о будущем. Но какую энергию будет использовать человек, когда иссякнут запасы твердого топлива, нефти и газа? А ведь они не безграничны. Кроме того, обычное топливо, сгорая, очень сильно загрязняет воздух и нарушает экологию Земли. Необходимо задуматься еще и над тем, что, развиваясь технически, наша цивилизация требует все больше и больше энергии, и решить эту проблему помогает атомная энергетика. Ею только надо разумно и крайне осторожно пользоваться.

Читайте также:

ПЛЮС	МИНУС	ИНТЕРЕСНО
- Экономия органического топлива.