Урок химии в 10 классе.Тема: Понятие о радиоактивных веществах, ядерные реакции и их значение для энергетического потенциала Казахстана.

Открытый урок в 10в классе по кооперативной технологии обучения

Тема: Понятие о радиоактивных веществах, ядерные реакции и их значение для энергетического потенциала Казахстана.

ТЦУ: 1. Сформировать у учащихся понятия о радиоактивности, радиоактивных веществах, ядерных реакциях. О положительных и отрицательных аспектах радиоактивных веществ. Их значении для энергетического потенциала будущего РК.

2.Развивать у учащихся стремление к творчеству, критическому мышлению, самостоятельному поиску источников знаний, укреплять познавательный  интерес к окружающему миру.

3.Воспитывать личностные качества учащихся: гражданственность, гуманизм, толерантность, самостоятельность, коллективизм.

Технология: кооперативный  метод обучения

Тип урока: изучение нового материала

Ключевые слова: радиоактивность, радиоактивные вещества, ядерные реакции, альфа-, бета-, гамма-лучи, облучение, энергия будущего, атомный реактор, АЭС

Оборудование: Видео, распечатанный дополнительный материал, карточки учета достижений учащихся, плакаты, фломастеры.

Ход урока

I.Организационный момент

II 1..Вводное слово учителя: Ребята, из средств СМИ, из других источников мы с вами неоднократно слышали такие слова: радиоактивность, радиоактивные вещества, ядерные реакции, альфа-, бета-, гамма-лучи, рентген, облучение, ядерная бомба, энергия будущего, атомный реактор, АЭС. Кто-то  из нас проходил рентгеновское обследование в медицинских учреждениях. Слышали на уроках истории мира о страшной трагедии японских городов Хиросима, Нагасаки, украинского города Чернобыль.  Все знаем о печальных последствиях Семипалатинского ядерного полигона. И в то же время в Японии энергию ядерных реакций используют в мирных целях на АЭС. Почему в одном случае атом созидатель и труженик, а в другом случае разрушитель и убийца. Отчего это зависит и почему это происходит? На все эти вопросы мы постараемся получить ответы на уроке.

Работать сегодня будем по кооперативной технологии. Чтобы всем стало ясно, чем мы тут будем заниматься от себя добавлю: «Кооперация – это совместное, коллективное ведение хозяйства. Объединение единомышленников».  Сегодня мы скооперируемся в группы для совместной работы, чтобы вместе добывать знания. В группе нужно определить: 1.лидер 2.фиксатор 3.репортер 4.таймер 5.оценщик. Каждый вносит свою определенную лепту. Лидер распределяет функции, направляет работу. Фиксатор должен четко отражать основные факты изучаемого материала. Репортер готовит вопросы по материалу. Таймер следит за временем.

2.Учащиеся делятся на произвольные 3 группы по 5 человек в каждой.

1 группа изучает распечатанный материал по теме «Радиоактивность. Радиоактивные вещества».

Радиоактивность — это способность атомов некоторых изотопов самопроизвольно распадаться, испуская излучение. Впервые такое излучение, испускаемое ураном, обнаружил Беккерель, поэтому вначале радиоактивные излучения называли лучами Беккереля. Основной вид радиоактивного распада — выбрасывание из ядра атома альфа-частицы — альфа-распад (см. Альфа-излучение) или бета-частицы — бета-распад (см. Бета-излучение).
При радиоактивном распаде исходный атом превращается в атом другого элемента. В результате выбрасывания из ядра атома альфа-частицы, представляющей собой совокупность двух протонов и двух нейтронов, массовое число образующегося атома (см.) уменьшается на четыре единицы, и он оказывается сдвинутым в таблице Д. И. Менделеева на две клетки влево, так как порядковый номер элемента в таблице равен числу протонов в ядре атома. При выбрасывании бета-частицы (электрон) происходит превращение в ядре одного нейтрона в протон, вследствие  чего образующийся атом оказывается сдвинутым в таблице Д. И. Менделеева на одну клетку вправо. Масса его при этом почти не изменяется. Выбрасывание бета-частицы сопряжено обычно с гамма-излучением  (см.).

Известно свыше 40 естественных радиоактивных изотопов. Большая часть их расположена в трех радиоактивных рядах (семействах): урана-радия, тория и актиния. Все указанные радиоактивные изотопы широко распространены в природе. Присутствие их в горных породах, водах, атмосфере, растительных и живых организмах обусловливает естественную или природную радиоактивность.
Кроме естественных радиоактивных изотопов, сейчас известно около тысячи искусственно радиоактивных. Получают их путем ядерных реакций, в основном в ядерных реакторах (см. Реакторы ядерные). Многие естественные и искусственно радиоактивные изотопы широко используются в медицине для лечения (см. Лучевая терапия) и особенно для диагностики заболеваний (см. Радиоизотопная диагностика). См. также Излучения ионизирующие.

Превращения, при которых ядро одного химического элемента превращается в ядро другого элемента с другим значением атомного номера, называют радиоактивным распадом. Радиоактивные изотопы (см.), образовавшиеся и существующие в природных условиях, называют естественно радиоактивными; такие же изотопы, полученные искусственным путем посредством ядерных реакций,— искусственно радиоактивными. Между естественно и искусственно радиоактивными изотопами нет принципиальной разницы, так как свойства ядер атомов и самих атомов определяются только составом и структурой ядра и не зависят от способа их образования.
Радиоактивность была открыта в 1896 г. Беккерелем (А. Н. Becquerel), который обнаружил излучение урана (см.), способное вызывать почернение фотоэмульсии и ионизировать воздух. Кюри-Склодовская (М. Curie-Sklodowska) первая измерила интенсивность излучения урана и одновременно с немецким ученым Шмидтом (G. С. Schmidt) обнаружила радиоактивность у тория (см.). Свойство изотопов самопроизвольно испускать невидимое излучение супруги Кюри назвали радиоактивностью. В июле 1898 г. они сообщили об открытии ими в урановой смоляной руде нового радиоактивного элемента полония (см.). В декабре 1898 г. совместно с Бемоном (G. Bemont) они открыли радий (см.).
После открытия радиоактивных элементов ряд авторов (Беккерель, супруги Кюри, Резерфорд и др.) установил, что эти элементы могут испускать три вида лучей, которые по-разному ведут себя в магнитном поле. По предложению Резерфорда (Е. Rutherford, 1902) эти лучи были названы альфа- (см. Альфа-излучение), бета- (см. Бета-излучение) и гамма-лучами (см. Гамма-излучение). Альфа-лучи состоят из положительно заряженных альфа-частиц (дважды ионизированных атомов гелия Не4); бета-лучи— из отрицательно заряженных частиц малой массы — электронов; гамма-лучи по природе аналогичны рентгеновым лучам и представляют собой кванты электромагнитного излучения и обладают наименьшей проникаемостью.

Радиоактивное вещество - вещество, содержащее радионуклиды и являющееся источником излучения. Радиоактивные вещества включаются в пищевые цепи и поражают живые организмы. Поражение организма может быть как индивидуальным (например, развитие злокачественных новообразований), так и генетическим, представляющим потенциальную опасность для здоровья будущих поколений. Радиоактивные вещества широко применяют в различных отраслях промышленности, а также в научно-исследовательских работах.

2 группа по учебнику изучает параграф 26 «Ядерные реакции» на стр.123

Ядерные реакции, превращения атомных ядер при взаимодействии с другими ядрами, элементарными частицами или γ-квантами. Такое определение разграничивает собственно ядерные реакции и процессы самопроизвольного превращения ядер при радиоактивном распаде (см. Радиоактивность), хотя в обоих случаях речь идет об образовании новых ядер.

Ядерные реакции осуществляют под действием налетающих, или бомбардирующих, частиц (нейтроны n, протоны р, дейтроны d, электроны е, ядра атомов различных элементов) либо γ-квантов, которыми облучают более тяжелые ядра, содержащиеся в мишени. По энергиям бомбардирующих частиц условно различают ядерные реакции при низких (< 1 МэВ), средних (1-100 МэВ) и высоких (> 100 МэВ) энергиях. Разграничивают реакции на легких ядрах (массовое число ядра мишени А<50), ядрах средней массы (50 <А<100) и тяжелых ядрах (А>100).

Ядерная реакция может произойти, если две участвующие в ней частицы сближаются на расстояние, меньшее диаметра ядра (ок. 10^-13 см), т. е. на расстояние, при котором действуют силы внутриядерного взаимодействия между составляющими ядра нуклонами. Если обе участвующие в ядерной реакции частицы – и бомбардирующая, и ядро мишени – заряжены положительно, то сближению частиц препятствует сила отталкивания двух положительных зарядов, и бомбардирующая частица должна преодолеть так называемый кулоновский потенциальный барьер. Высота этого барьера зависит от заряда бомбардирующей частицы и заряда ядра мишени. Для ядер, отвечающих атомам со средними значениями атомного номера, и бомбардирующих частиц с зарядом +1, высота барьера составляет около 10 МэВ. В случае, если в ядерной реакции участвуют частицы, не обладающие зарядом (нейтроны), кулоновский потенциальный барьер отсутствует, и ядерные реакции могут протекать с участием частиц, имеющих тепловую энергию (т. е. энергию, отвечающую тепловым колебаниям атомов).

Ядерные реакции подчиняются тем же общим законам природы, что и обычные химические реакции (закон сохранения массы и энергии, сохранения заряда, импульса). Кроме того, при протекании ядерных реакций действуют и некоторые специфические законы, не проявляющиеся в химических реакциях, например, закон сохранения барионного заряда (барионы - тяжелые элементарные частицы).

3 группа работает над распечатанным материалом по теме «Развитие атомной энергетики в РК».

Развитие атомной энергетики

Работы по созданию и развитию атомной энергетики в Казахстане составили один из основных разделов Республиканской целевой научно-технической программы, разработанной в 1992...1993 годах, и ставшей документом, определившим цели, задачи и направления деятельности создававшегося в то время Национального ядерного центра и институтов, вошедших в его состав. Постановлением Правительства Республики Казахстан №925 от 20 августа 2002 года была принята КОНЦЕПЦИЯ развития урановой промышленности и атомной энергетики Республики Казахстан на 2002-2030 годы. Задачи, поставленные в КОНЦЕПЦИИ, направлены на преобразование энергетики Казахстана в высокотехнологичную, наукоемкую, динамично развивающую отрасль, которая стала бы надежной основой для форсированного и устойчивого развития экономики и повышения благосостояния страны. В настоящее время разрабатывается государственная программа развития атомной промышленности и энергетики РК. Программа охватывает период с 2003 по 2030 гг., и определяет стратегию первого этапа создания и развития национальной атомной энергетики. Одним из первых шагов в реализации этой программы является разработка технико-экономического обоснования строительства атомных станций. Специалистами НЯЦ (Национальный ядерный центр) РК была проведена большая работа по технико-экономическому обоснованию строительства атомных станций в конкретных регионах (Южно-Казахстанская АЭС), по обоснованию инвестиций в строительство атомных станций малой мощности в г. Лениногорске и г. Курчатове, разработаны технико-экономические предложения по использованию ядерных энергоисточников для решения проблем тепло-электроснабжения Алматы. Успешное развитие атомной промышленности невозможно без решения проблем ее безопасной эксплуатации. Для создания реакторов повышенной безопасности и систем локализации проектных и запроектных аварий необходим детальный анализ процессов, связанных с плавлением активной зоны, поведением топлива, материалов и конструкций ядерных реакторов в переходных и аварийных режимах. Одним из направлений работ в обоснование безопасности атомной энергетики является экспериментальное моделирование процессов, сопровождающих отдельные стадии развития тяжелых аварий на АЭС с плавлением активной зоны реактора.

Наименее исследованными в настоящее время являются процессы, происходящие на заключительных стадиях тяжелых аварий, после попадания расплавленных материалов активной зоны (кориума) на нижнее днище силового корпуса реактора. Работы в этом направлении на Семипалатинской экспериментальной базе были начаты в 1983 году и продолжаются до настоящего времени. Уникальность экспериментальной базы НЯЦ РК, полученные результаты и опыт, накопленный при исследованиях поведения топлива, материалов и конструкций ядерных реакторов при моделировании переходных и аварийных режимов работы, вызывают определенный интерес у специалистов различных стран мира.

Наиболее значимыми за последние годы являются исследования по двум проектам: экспериментальные исследования в обоснование безопасности легководных реакторов (проект COTELS) и экспериментальные исследования в обоснование безопасности реакторов на быстрых нейтронах (проект EAGLE).

После аварии на атомной электростанции “Фукусима-1” в Японии во всем мире заговорили о необходимости приостановки работы таких станций. В Казахстане сразу же после заявления ряда западных государств, в частности Германии, наоборот, громогласно заявили: АЭС нужно строить! Более того, специалисты утверждают: отказываться от атомной энергетики – смерти подобно!

Казахстан занимает третье место в мире по запасам урана и первое место – по его добыче. Распродавать такое добро всему миру в качестве сырья, а самим даже не попытаться развить у себя полную технологическую цепочку – от добычи урана до получения из него электроэнергии – большая глупость, считают специалисты.
В Институте атомной энергии подсчитали: разведанные запасы урана составляют 19 процентов от мировых запасов и 43,6 процента от запасов энергоносителей в Казахстане в пересчете на условное топливо. Построив несколько атомных электростанций, Казахстан легко сможет удовлетворить спрос населения на электроэнергию и постепенно избавиться от угольных станций. Для обеспечения потребностей страны к 2030 году понадобится еще как минимум 6,6 ГВт электроэнергии! (Для сравнения: вся объединенная энергосистема Средней Азии в 1977 году потребляла 16 ГВт.)
“Не было бы счастья…”
Быть или не быть АЭС в Казахстане – еще не решено. По словам вице-министра индустрии и новых технологий Дюйсенбая ТУРГАНОВА, этот вопрос прорабатывается с российской стороной.
– Есть проект межправительственного соглашения по строительству АЭС. Но он еще не согласован. Нам здорово повезло, что мы до сих пор не утвердили программу атомной отрасли. Как говорится, “не было бы счастья, да несчастье помогло”. Многие страны сейчас пересматривают свои программы, ужесточают законы, требования к безопасности и надежности работы атомных энергоблоков. И в программе, которую мы наметили на развитие атомной отрасли, все те проблемы, что возникли в связи с ситуацией в Японии, будут учтены.

          Дается определенное время для составления постера по изученной каждой группе. 7 мин. для самостоятельного изучения темы. По1 мин. работы в сменных парах (сосед справа, сосед слева). 2 мин.для общего обсуждения в группе. 5-7 мин.для составления постера. Для защиты постера каждой группе отводится 4-5 мин.

III. 1.Далее группы обмениваются вопросами, составленными репортерами и отвечают на них. За временем следит таймер. Отводится 3-5 мин. Зачитываются групповые ответы.

2.Индивидуальная работа над мини тестом. Оцениваются по принципу «карусель».

IY.В оставшееся время от каждой группы выступают лидеры. По карточкам достижений учащихся, заполненными оценщиками, делают анализ работы группы в целом и отдельно по каждому ученику.

Y.Рефлексия.

YI.Итоги урока подводит учитель.

Домашнее задание: повторить материал. Ответить на вопросы на стр.125

Тесты по теме: Радиоактивность. Ядерные реакции.

1.β-излучение — это

поток протонов

поток электронов

поток ядер атома гелия

поток нейтронов

поток фотонов

2.Число нейтронов в ядре бериллия ⁹₄Ве равно

2

5

13

4

9

3.Явление радиоактивности было открыто

английским химиком Ф. Содди

польским геохимиком М. Кюри

английским физиком Э. Резерфордом

французским исследователем А. Беккерелем

американским биологом Т. Морганом

4.В ядрах атомов, кроме протонов, находятся

нейтроны

фотоны

позитроны

электроны

мезоны

5.В состав ядра входят:

Протоны и электроны

Нейтроны

Электроны и нейтроны

Протоны и нейтроны

Протоны, нейтроны и электроны

6.Из трех типов излучений (α-β-γ) наименьшей проникающей способностью обладает

α-излучение

γ  и β-излучение

γ-излучение

все три одинаково плохо проникает в вещество

β -излучение

7. α -излучение — это

поток протонов

поток нейтронов

поток электронов

электромагнитное излучение

поток ядер атома гелия