Конспект урока по физике "Ядерный реактор"

Тема урока « Ядерный реактор».

Тип урока: комбинированный.

Цель урока :

1. Изучить устройство и принцип действия ядерного реактора. Ввести понятие критической массы. Понятие о ядерной энергетике. Рассмотреть экологические, технические и экономические проблемы, связанные с применением атомной энергетики и с работой АЭС.

2. Продолжить развитие интереса и мышления обучащихся.

3. Воспитывать у учащихся чувство коллективизма, умение внимательно слушать товарища и умение выражать свои мысли вслух. Воспитывать патриотизм и важность экологии на нашей планете. Воспитывать чувство сострадания, бережливости, представив материал о трагедии в г. Чернобыле.

Ход урока.

Резерфорд доказал, что атом представляет собой сложную систему, в центре которой находится положительное ядро, вокруг которого двигаются электроны. Физика переживала вторую молодость: была создана квантовая механика, появились атомная и ядерная физика.

Оказалось, что:

1. Место элемента в таблице определяется не атомным весом, а зарядом ядра.

2. Такой микрообъект, как ядро, состоит из более мелких частиц – протонов и нейтронов. Почему протоны и нейтроны назвали, одним словом нуклоны?

3. В каждой клетке таблицы Менделеева располагается несколько « атомов-близнецов». Как они называются? (Изотопы.) . Чем различаются изотопы одного и того же химического элемента друг от друга? (Количеством нейтронов и радиоактивностью).

Область возможных ядер образует материк, вдоль которого тянется хребет – стабильных изотопов ( 300, которые живут вечно ), окруженных обширными долинами радиоактивных изотопов. Материк стабильности окружает море Нестабильности. Через пролив Радиоактивности располагается остров Тяжелых ядер. Какое явление называется радиоактивностью? Ядро урана самое тяжелое ядро из найденных в природе, в течение 70 лет оставалось последним в таблице Менделеева. Но в 1898 году Мария и Пьер Кюри выделили из урановой смолки радий и полоний. А.О. Ган и Ф.Штрасман открыли процесс деления ядер урана нейтронами. Этот процесс сопровождается выделением энергии. Что называется энергетическим выходом ядерной реакции? Оказалось , что при делении одного ядра урана на два осколка освобождается 2 или 3 нейтрона. Почему? При благоприятных условиях освобождающиеся в первой реакции нейтроны могут попасть в другие ядра и вызвать их деление. Какая реакция называется цепной ядерной реакцией?

При каких условиях протекает цепная ядерная реакция?( k = 1) .

Как вы думаете, а на практике легко ли можно провести управляемую ядерную реакцию? Поэтому тема нашего сегодняшнего урока носит название « Ядерный реактор» .

Что нового вы должны узнать на уроке? Нейтроны, которые освобождаются при делении ядер урана, способны вызвать лишь деление ядер изотопа урана ²³⁵ U, для разрушения ядер изотопа ²³⁸ U их энергия оказывается недостаточной, нейтроны просто захватываются этими ядрами. В природном уране на долю ²³⁸ U приходится 99,3%, а на долю ²³⁵ U всего лишь 0,7%. Поэтому первый возможный путь:

1. Нужно получить в чистом виде достаточное количество²³⁵ U.

2. Кусок изотопа ²³⁵ U должен быть достаточно большим, так как при малых размерах образца нейтроны пролетают сквозь образец, не попав ни в одно ядро. Поэтому, найдите в учебнике определение критической массы. ( Минимальная масса урана, достаточная для осуществления цепной реакции ). В опорном конспекте найдите значение критической массы. Для урана²³⁵ U она составляет примерно 50 кг. Это шар радиусом примерно 8,3см.

При массе меньшей критической массы большинство нейтронов вылетает из делящегося вещества. Найдите в учебнике определение ядерного реактора. ( Устройство, в котором осуществляется цепная ядерная реакция, называется ядерным реактором). Существует два типа ядерных реакторов.

Ядерный реактор.

Реактор на медленных нейтронах.

Реактор на быстрых нейтронах.

Используется ядерное топливо ²³⁵ U, но запасы его ограничены.

Реактор – размножитель, используется для преобразования ²³⁸U²³⁹Pu. Плутоний делится под воздействием быстрых и медленных нейтронов.

¹ ₀n + ²³⁸ ₉₂U ²³⁹ ₉₂U ²³⁹₉₃Np ²³⁹₉₄Pu

Прочитайте в учебнике, из каких основных элементов состоит ядерный реактор.

Устройство:

• Ядерное горючее ( ²³⁵ ₉₂U , ²³⁹₉₄Pu , ²³⁸ ₉₂U ) .

• Замедлитель нейтронов ( тяжелая вода, обычная вода, графит ).

• Теплоноситель, для вывода энергии, образующейся при работе реактора.( вода, жидкий натрий).

• Устройство для регулирования скорости реакции ( стержни из кадмия или бора).

• Отражатель нейтронов.

• Защитная оболочка ( железобетон).

В СССР первый ядерный реактор был введен в строй в 1946г. Его конструированием и непосредственным запуском руководил советский ученый И.В.Курчатов. В 1954году была пущена в строй первая АЭС в г. Обнинске.

Преимущества АЭС.

1. Ядерные реакторы не потребляют кислород и органическое топливо.

2. Отсутствует загрязнение окружающей среды золой и продуктами сгорания.

3. Себестоимость электроэнергии вырабатываемых на АЭС ниже себестоимости электроэнергии вырабатываемых на ТЭС.

Опасные факторы воздействия на окружающую среде:

1. Нарушение теплового баланса в окрестности АЭС.

2. Проблема захоронения радиоактивных отходов и демонтажа отслуживших срок реакторов.

3. Опасность экологической катастрофы.

Чернобыльская трагедия.

В ночь с 25 на 26 апреля 1986 года в реакторе четвертого блока Чернобыльской АЭС пошла неуправляемая реакция деления. Реактор – пошел в разгон. Грянул взрыв. Он порвал, словно нитки, 2000 стальных и циркониевых труб, соединяющих активную зону с верхним перекрытием реактора и «выстрелил» в звездное небо полутора тысячетонной плитой. Брызнувшие в разные стороны обломки урановых стержней, труб и куски графита вспыхнули бенгальскими огнями. Освободилось пространство для гамма излучения и потока нейтронов. Утром 26 апреля в Киеве и Минске разом сошли с ума счетчики радиоактивности. 28 апреля 1986 года шведская метереостанция зарегистрировала повышение уровня радиоактивности вдвое по сравнению с нормальной. В небольших по площади районах к северу Стокгольма, где прошли дожди, доза была в 100 раз выше нормы. Реактор продолжал гореть до 10 мая. Суммарный выброс жидких радиоактивных отходов составил приблизительно 63кг. При взрыве бомбы на Хиросиму было выброшено 740г страшных радиоактивных отходов. Выброс радиоактивных веществ из реактора 4 блока Чернобыльской АЭС эквивалентен количеству отходов, образовавшихся при взрыве 90 атомных бомб, сброшенных на Хиросиму. После аварии на АЭС в мире резко увеличилось число расторгаемых контрактов на строительство АЭС. Сумеем ли мы предотвратить катастрофу, зависит от нас, от нашей способности смотреть правде в глаза и принимать энергичные решения.

Литература:

1. Г.Н. Флеров, А.С. Ильинов. « На пути к сверхэлементам», Москва, «Педагогика», 1982г.
   
   

2. В.И. Кузнецов . « Свет», Москва, «Педагогика», 1977г.
   
   

3. Б.А.Куркин. « Бремя мирного атома», Москва, «Молодая гвардия», 1989г.

4. А.А.Боровой. « Как регистрируют частицы», Москва, «Наука», 1981г.

5. М.П.Бронштейн. « Атомы и электроны». Москва, «Наука», 1980г.
   
   

6. Журнал « Физика в школе», № 1, 1998г; Журнал « Физика в школе», № 4, 2003г; Журнал « Физика в школе», №2, 2000г

Интернет ресурсы

1.     http://ru.wikipedia.org/wiki/АЭС;

Домашнее задание: параграф 76, 77