Урок "Фізичні основи ядерної енергетики. Ядерна енергетика та екологія."

Методична розробка уроку

Тема: Фізичні основи ядерної енергетики. Ядерна енергетика та екологія.

Дидактична мета: ознайомити учнів з фізичними основами ядерної енергетики. Вивчити будову та принципи дії ядерного реактора , різновид ректорів. Розглянути екологічні проблеми використання АЕС.

Розвиваюча мета: розвивати пізнавання здібності учнів і зацікавленість предметам.

Виховна мета: виховувати постійну потребу в поповненні знань , виховувати національну свідомість і патріотизм. Формувати в учнів наступні групи компетенцій :
а) Комунікативні (вміння донести свою думку).
б) Соціальні (бути готовим до самостійного пошуку правильних рішень , виявити ініціативу).
в) самоосвітні та само розвиваючі (заохочення до самоосвіти , до вдосконалення уміння працювати с додатковою літературою та системою Інтернет).

Тип уроку : урок вивчення нового матеріалу. 

Обладнання: таблиця . «ядерний реактор» , опорні конспекти. Відеофільм «Робота ядерного реактора» , ноутбук , мультимедійний проектор.

План – схема уроку

I.   Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань .
Вправа «Асоціативний кущ» з поняттями атом, ядро, ядерні реакції , поділ ядер урану і т.п. , учні знайомі з попередніх уроків , тому пропоную скласти «Асоціативний кущ»з ключовими словами «Ядерний реактор» всією групою на дошці.

III. Повідомлення теми , мети й завдань уроку
Я повідомляю тему уроку пропоную учням ознайомитися з планом вивчення записаним на дошці. Після цього прошу учнів самостійно сформувати тему уроку.
IV. План вивчення теми.
1. Процес ділення Урану-235. (таблиця)
2. Визначення ядерного реактора.

3. Схема роботи ядерного реактора (таблиця , опорний конспект , анімація).

4. Причини чорнобильської аварії (відео фрагмент).

5. Екологічні проблеми використання АЕС

1. Ми з вами розглядали типи ядерних реакцій , у тому числі і реакції поділу ядра на кілька частин. Особливе місце посідають реакції поділу важких ядер на оскільки приблизно однакової маси. Ви вже знаєте , що під час кожного поділу ядра Урану вивільняються нейтрони. Експериментальна було встановлено , що в середньому на один акт поділу випускається 2-3 нейтрони. Будь-який з нейтронів який виступає у процесі поділу ядра , може в свою чергу викликати поділ 2-3 ядер , які також випускають нейтрони , здатні викликати поділ ядер. Для початку хімічної ланцюгової реакції потрібен запал (іскра) . Запалом служить невелика кількість нейтронів , коли б розмноження відбувалося так , як описано вище , то один нейтрон у 50 поколінні розмножився до 3⁵⁰ 10²⁵ нейтронів .

Запит.  Яка умова необхідна для виникнення ланцюгової реакції?
Обов’язковою умовою виникнення ланцюгової ядерної реакції є наявність розмноження нейтронів.
Розмноження нейтронів характеризують коефіцієнтом , розмножено k , який дорівнює відношенню числа нейтронів N_t , які викликають поділ ядер речовини на одному з етапів в реакції , до N_t-1 – нейтронів які викликали поділ на попередньому етапі реакції

Значення k > 1  - ланцюгова ядерна реакція поширюється.

                    k < 1  - ланцюгова ядерна реакція закінчується.

                    k = 1  - стаціонарна реакція

   В ядерному реакторі k=1,005
   В атомній бомбі вибух при k=1,01
Критична маса – це найменша маса , починаючи з якої можлива незатухаюча ланцюгова реакція ділення Урану – 235 .

2. Ядерним реактором називається пристрій , у якому здійснюється керована ланцюгова реакція поділу ядер урану .
Існу багато різновидів реакторів , які відрізняються за робочими енергіями нейтронів , за матеріалом сповільнювача , за призначенням.             

Але не залежно від призначення і конструкції основними елементами ядерного реактора :
1. Ядерне пальне ; Cl²³⁵ , U²³⁸ , Pu²³⁹

2. Пристрій для регулювання ходу швидкої ланцюгової реакції ; (стрижні які водяться в робочій простір реактора та містять речовини, які добре поглинають нейтрони) ;
3. Сповільнювач нейтронів (важка вода , графіт);
4. Теплоносій та виведення енергії , що утворюються під час роботи реактора (вода , рідкий натрій та ін.) ядерне пальне розміщене в активній зоні у вигляді вертикальних стрижнів , які наз. тепловиділяючими елементами (ТВЕЛ).             

     Види реакторів:
а) Реактор  на повільних нейтронах найбільш ефективний поділ ядер Урану-235 відбувається під дією повільних нейтронів. Такі реактори наз. реакторами на повільних нейтронах. Вторинні нейтрони , які утворюються в результаті реакції поділу , є швидкими. Для того щоб їхня наступна взаємодія з ядрами Урану-235 у ланцюговій реакції була найбільш ефективною застосовують оповільнювач – речовини , яка зменшує кінетичну енергію нейтронів .
б) Реактор на швидких нейтронах : оскільки ймовірність поділу , викликаного швидкими нейтронами , мала , то реактори на швидких нейтронах не можуть працювати на природному Урані. Реакцію можна підтримувати лише у збагаченій суміші яка містить не менше ніж 15% ізотопу U-235 .Перевага реакторів на швидких нейтронах у тому, що під час їхньої роботи утворюється значна кількість Плутонію Pu-239 , який потім можна використовувати як ядерне паливо. Ці реактори наз. реакторами-розмножувачами , оскільки вони відтворюють матеріал , який ділиться.

Запит.  Які АЕС в Україні вам відомі?

1.Хмельницька

2.Рівненська

3.Ново-Українська

4.Запоріжська

5.Чорнобильська

Вам відомо , що 26 квітня 1986р. відбувся вибух на 4-ому реакторі Чорнобильської АЕС. Найбільша в історії людства техногенна катастрофа сталася вже на 32-ому році використання ядерної енергії. Причина аварії технічна помилка у проектуванні. Внаслідок аварії постраждало 3.5млн. людей . Через чорнобиль пройшло понад 650 тис. ліквідаторів наслідків катастрофи. Відбувається постійне винесення радіоактивних речовин за межі 30⁴ кілометрової зони. Зростання кількості хвороб , спричинених радіацією , особливо у дітей , загальна захворюваність населення – усе це наслідки АЕС.

Моя Україно , вітчизно трагедій

Мадонно Чорнобильська з болю віків

Здається , сам Бог катастрофу прогледів

У тисячі тисяч тернових вінків

Чорнобильський вітер по душам мете

Годинник життя безшумно іде…

Екологічні проблеми використання АЕС(опорний конспект)

1.Вилучення земель під будівництво АЕС.

2.Руйнування екосистем та їх елементів(грунтів , структур)

3.Проблеми радіаційних відходів .

4.Необхідність у водоймищах – охолоджувачах. Вилучення значних об’ємів води із різних джерел та злив отруйних вод.

5.Проблема теплового забруднення.

6.Радіаційне забруднення атмосфери , вод , грунтів у процесі видобування й транспортування сировини.

VI. Закріплення набутих знань.

1.Які ізотопи Урану вам відомі?

2.Як відбувається процес ділення Урану-235?

3.Який пристрій наз. ядерним реактором?

4.З яких основних частин складається ядерний реактор?

5.Яка причина чорнобильської аварії?

6.Які екологічні проблеми вам відомі при використанні АЕС?

VII. Підсумок уроку.

Сьогодні ми з вами ознайомилися з різними основами ядерної енергетики та проблемами екології. Вивчили будову та причини дії ядерних реакторів , які є основними пристроями у атомних електростанцій. Україні необхідно працювати над зменшенням енергозалежності від інших країн , а значить збільшувати вироблення електроенергії на атомних електростанціях .
Коментоване виставлення оцінок.
VIII. Домашнє завдання.

Підготувати інформацію за темою «Проблеми розвитку ядерної енергетики в Україні , Чорнобильське катастрофа та ліквідація її наслідків. Боротьба за ліквідацію ядерної війни»