Инфоурок Физика КонспектыУрок по физике на тему: "Ядерный реактор"

Урок по физике на тему: "Ядерный реактор"

Скачать материал

Данные об учителе

Учитель:

 Мохаммад Людмила Станиславовна

Место работы, должность: 

 МБОУ СОШ №90, г.Воронеж,  учитель физики и химии, высшая кваликафиционная  категория.

Регион: 

 Воронежская область, телефон 89192341336

 

Ядерный реактор.

Цель урока:  изучить устройство и принцип работы  ядерного реактора.

Задачи урока:

Обучающие:

– рассмотреть устройство ядерного реактора;

– объяснить принцип работы ядерного реактора;

Развивающие:

- развить способности выражать свои мысли,

- формировать умения воспринимать и перерабатывать информацию для дальнейшего ее использования.

Воспитательные:

воспитать дисциплинированность, убежденность в необходимости разумного использования атомной энергетики.

Тип урока:

урок изучения нового материала

Необходимое техническое оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран.

Ход урока:

       I.            Организационный момент.

Здравствуйте ребята. Мы продолжаем, знакомится с  темой «Атомная энергетика» и сегодня на уроке мы познакомимся с устройством, с помощью которого происходит преобразование энергии атома в электрическую энергию -  это ядерный реактор.

  1. Актуализация знаний (фронтальный опрос)

Повторение пройденного материала:

1.      Рассказать о механизме протекания цепной ядерной реакции, на примере деления урана,

 

Ответ учащегося:

 

 

 

2.      Что называется критической массой урана.

Ответ учащегося:

Критической массой урана называется наименьшая масса, при которой нейтронов, появившихся при делении ядер, равно числу потерянных нейтронов (захваченных ядрами без деления и вылетевших за пределы куска урана).

3.      Как протекает ядерная реакция в уране, если масса больше критической? Почему? Как уменьшить критическую массу урана?

 

Ответ учащегося:

Цепная реакция в уране с повышенным содержанием урана-235 может развиваться только тогда, когда масса урана превосходит так называемую критическую массу. В небольших кусках урана большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают наружу. Для чистого урана-235 критическая масса составляет около 50 кг.

Критическую массу урана можно во много раз уменьшить, если использовать так называемые замедлители нейтронов. Дело в том, что нейтроны, рождающиеся при распаде ядер урана, имеют слишком большие скорости, а вероятность захвата медленных нейтронов ядрами урана-235 в сотни раз больше, чем быстрых. Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода D2O. Обычная вода при взаимодействии с нейтронами сама превращается в тяжелую воду.

Хорошим замедлителем является также графит, ядра которого не поглощают нейтронов. При упругом взаимодействии с ядрами дейтерия или углерода нейтроны замедляются до тепловых скоростей.

Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из бериллия, которая отражает нейтроны, позволяет снизить критическую массу до 250 г.

В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает при быстром соединении двух кусков урана-235, каждый из которых имеет массу несколько ниже критической.

 

4.      Что даст человечеству управляемая термоядерная реакция.

Осуществление управляемых термоядерных реакций на Земле сулит человечеству новый, практически неисчерпаемый источник энергии. Наиболее перспективна реакция

http://compendium.su/physics/11klas/11klas.files/image578.jpg

В этой реакции выделяется энергия 17 МэВ. Основная трудность состоит в том, чтобы удержать плазму высокой температуры внутри установки на протяжении 0,1-1 с. Единственный способ использовать магнитные поля. Однако до сих пор эту задачу решить не удалось.

 

5.      Практическое задание для класса:

При помощи обломанных спичечных головок воспроизведите цепную реакцию. Расположите спички так, чтобы каждая, сгорая, зажигала две следующие, как показано на рисунке.

Рисунок: Демонстрация цепной реакции.

 III.            Изучение нового материала.

Итак, мы рассмотрели принципы деления урана и вспомнили, в чем заключается цепная ядерная реакция. А можно ли управлять такой реакцией? Оказывается можно,  и сегодня мы рассмотрим устройство, с помощью которого управляют цепной  ядерной реакцией. Итак, тема нашего урока «Ядерный реактор»

1.      Ядерный реактор.

Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер (к=1, при этом реактор находится в критическом состоянии, идет стационарный процесс и число делений постоянно во времени).

Основные элементы ядерного реактора:

·         ядерное горючее уран-235, уран-238, плутоний-239;

·         замедлитель нейтронов (тяжелая вода, графит):

·         теплоноситель (вода, жидкий натрий);

·         устройство для регулировки реакции (кадмий, бор);

·         защита (оболочка из бетона, железа) 1951 г.

Рисунок: Основные элементы ядерного реактора.

Рисунок: процессы в ядерном реакторе

2.      Первые ядерные реакторы.

  • Впервые цепная ядерная реакция деления урана была осуществлена в США коллективом ученых под руководством Энрико Ферми в декабре 1942г.  Энри́ко Фе́рми — итальянский физик, наиболее известный благодаря созданию первого в мире ядерного реактора, внёсший большой вклад в развитие ядерной физики, физики элементарных частиц, квантовой и статистической механики

 

В нашей стране первый ядерный реактор был запущен 25 декабря 1946г. коллективом физиков под руководством И.В. Курчатова.

  •  И́горь Васи́льевич Курча́тов — советский физик, «отец» советской атомной бомбы.

 

Первая атомная электростанция в СССР была запущена 27 июля в 1954 г. Обнинске (под Москвой).

Нововоронежская АЭС – одно из старейших предприятий атомной энергетики Российской Федерации. С пуском 30 сентября 1964 г. энергоблока № 1 Нововоронежской АЭС начался отсчет в истории становления атомной энергетики не только России, но и ряда стран Восточной и Центральной Европы.

Нововоронежская АЭС полностью обеспечивает потребности Воронежской области в электрической энергии, до 90 % – потребности г. Нововоронежа в тепле. Это первая АЭС России с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР). 

В настоящее время созданы различные типы реакторов отличающие друг от друга, как по мощности, так и по своему назначению.

3.      Реактор на быстрых нейтронах.

Это реакторы, работающие на быстрых нейтронах, без замедлителя. Они не могут работать на естественном уране. Реакцию можно поддерживать лишь в обогащенной смеси, содержащей не менее 15% урана-235.

Преимущество таких реакторов в том, что образуется большое количество плутония, который можно затем использовать в качестве горючего. Такие реакторы называются реакторами - размножителями. Существуют реакторы с коэффициентом воспроизводства до 1,5. Это значит, что в реакторе при делении 1 кг урана-235 получается 1,5 кг плутония.

 Атомная бомба является особым реактором на быстрых нейтронах, в котором происходит неуправляемая цепная ядерная реакция с большим  коэффициентом размножения.  Ядерном топливом служат уран-235, уран. 233, плутоний-239. критическая масса составляет 10-20 кг при плотности около 20 кг/м т.е. занимает объем шара радиусом 4-6 см. Вначале  массу делят на две части, а затем они с помощью взрывателя соединяются.

Первая атомная бомба была создана американцами в 1945 г. испытана на живых людях: 6 и 9 августа с лица Земли были снесены два города Хиросима и Нагасаки.

4.      Преимущества АЗС.

·         Ядерные реакторы не потребляют кислород и органическое топливо;

·          отсутствует загрязнение окружающей среды золой и другими вредными для человека продуктами сгорания органического топлива;

·         биосфера надежно защищена от радиоактивного воздействия при нормальном режиме эксплуатации АЭС.

 

5.      Недостатки АЗС.

·         Проблема захоронения радиоактивных отходов и демонтажа отслуживших срок реакторов;

·         опасность экологических катастроф (апрель 1986 Чернобыльская АЭС).

 

6.      Термоядерные реакции.

Ядерная энергия высвобождается не только при делении тяжелых ядер, но и при синтезе (слиянии) легких ядер. Для синтеза одноименно заряженных протонов необходимо преодолеть кулоновские силы отталкивания, что возможно при достаточно больших скоростях сталкивающихся частиц. Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в недрах Солнца и других звезд в центре Солнца достигается недрах температура в 13 млн градусов. В состав Солнца и многих звезд входит состав 80% водорода и 20% гелия.

Синтез гелия из легкого изотопа водорода происходит при температуре около 108К, а для синтеза гелия из тяжелых изотопов водорода - дейтерия и трития - требуется нагревание примерно до 5*107К. При синтезе из дейтерия 1 r гелия выделяется энергия 4,2*1011Дж. Такая энергия выделяется при сжигании 10 т бензина.

Управляемую термоядерную реакцию синтеза гелия из тяжелых изотопов водорода путем нагревания предполагается осуществить путем пропускания электрического тока через плазму. Для удержания нагретой плазмы от соприкосновения со стенками камеры используется магнитное поле. На экспериментальной установке Токамак-10 (ТОк-КАмера-Маг нит) удалось нагрет плазму до температуры 13 млн градусов. До более высоких температур водород может быть нагрет с помощью лазерного излучения. Для этого световые пучки от нескольких лазеров должны быть сфокусированы на стеклянном шарике со смесью тяжелых изотопов дейтерия и трития. В таких экспериментах была получена плазма в несколько десятков миллионов градусов.

На Земле термоядерная реакция синтеза осуществлена при экспериментальных взрывах. В СССР неуправляемая термоядерная реакция была осуществлена в 1953 г. при взрыве водородной бомбы. Взрывчатым веществом являлась смесь дейтерия и трития. Необходимая для протекания реакции высокая температура была получена за счет взрыва атомной бомбы.

Взрыв водородной бомбы

 IV.            Закрепление изученного материала.

1.      Что называется ядерным реактором?

 

Ответ учащихся:

Ядерным реактором- называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер (к=1).

 

2.      Назовите основные элементы ядерного реактора и их назначение.

Ответ учащихся:

Основные элементы ядерного реактора:

§  ядерное горючее уран-235, уран-238, плутоний-239;

§  замедлитель нейтронов (тяжелая вода, графит):

§  теплоноситель (вода, жидкий натрий);

§  устройство для регулировки реакции (кадмий, бор);

§  защита (оболочка из бетона, железа) 1951г.

3.      В чем особенность реактора на быстрых нейтронах?

Ответ учащихся:

Это реакторы, работающие на быстрых нейтронах, без замедлителя. Они не могут работать на естественном уране. Реакцию можно поддерживать лишь в обогащенной смеси, содержащей не менее 15% урана-235.

4.      В чем преимущество и недостатки АЭС?

Ответ учащихся:

§  Преимущества АЭС:

§  Ядерные реакторы не потребляют кислород и органическое топливо;

§  биосфера надежно защищена от радиоактивного воздействия при нормальном режиме эксплуатации АЭС.

§   отсутствует загрязнение окружающей среды;

Недостатки АЭС:

§  Проблема захоронения радиоактивных отходов и демонтажа отслуживших срок реакторов;

§  опасность экологических катастроф (апрель 1986 Чернобыльская АЭС).

5.      Какие реакции называются термоядерными?

Ответ учащегося:

§  Ядерная энергия высвобождается не только при делении тяжелых ядер, но и при синтезе (слиянии) легких ядер.

§  Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в недрах Солнца и других звезд в центре Солнца достигается недрах температура в 13 млн градусов. В состав Солнца и многих звезд входит состав 80% водорода и 20% гелия.

6.      Чем объясняется, что при синтезе легких ядер выделяется энергия?

Ответ учащегося:

§  Ядерная энергия высвобождается не только при делении тяжелых ядер, но и при синтезе (слиянии) легких ядер.

§  Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в недрах Солнца и других звезд в центре Солнца достигается недрах температура в 13 млн градусов. В состав Солнца и многих звезд входит состав 80% водорода и 20% гелия.

7.      Каковы условия осуществления ядерной реакции синтеза?

Ответ учащегося:

Для протекания термоядерных реакций нужны определенные условия. Требуется сблизить ядра указанных изотопов. Ядра атомов имеют положительный заряд, и, следовательно, при их сближении действуют кулоновские силы, расталкивающие эти заряды.

Соответственно, для слияния ядер необходимо преодолеть отталкивающие силы. Это возможно лишь в случае, если сами ядра обладают очень большой энергией, в первую очередь, кинетической энергией движения, то есть тогда, когда их скорость достаточно велика.

Ядра изотопов могут обладать такой скоростью только при очень высокой температуре. Необходимо придать частицам скорость достаточную, чтобы они могли приблизиться друг к другу на расстояние ≈ 10^-14 м. На таком расстоянии уже начинают действовать ядерные силы притяжения.

Подобной температуры можно добиться лишь при взрыве атомной бомбы. То есть, чтобы произвести термоядерную реакцию, надо произвести сначала ядерную реакцию, и тогда температуры будет достаточно для сближения ядер изотопов водорода и осуществления термоядерной реакции. Такой процесс был реализован в водородной бомбе – самой мощной из изобретенных человеком.

 

8.      Приведите примеры термоядерных реакций и напишите их уравнение.

Ответ учащегося:

Синтез гелия из легкого изотопа водорода происходит при температуре около 108К, а для синтеза гелия из тяжелых изотопов водорода - дейтерия и трития - требуется нагревание примерно до 5*107К. При синтезе из дейтерия 1 r гелия выделяется энергия 4,2*1011Дж. Такая энергия выделяется при сжигании 10 т бензина.

 

    V.            Итог урока.

Итак, энергетическая проблема – одна из важнейших проблем, которые сегодня приходится решать человечеству. Уже стали привычными такие достижения науки и техники, как средства мгновенной связи, быстрый транспорт, освоение космического пространства. Но все это требует затрат энергии. Резкий рост производства и потребления энергии выдвинул острую проблему загрязнения окружающей среды, которое представляет серьезную опасность для человечества.

Мировые энергетические потребности в ближайшее время будут интенсивно возрастать. Какой-либо источник энергии не сможет их обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники энергии и эффективно использовать энергетические ресурсы.

- Что нового узнали сегодня на уроке?

- Что понравилось на уроке?

- Какие есть вопросы?

 

 VI.             Задание на дом:

1.      Прочитать и выучить п.110

2.      Решить задачи:

1)      Какова электрическая мощность АЭС расходующей в сутки 220г урана-235 и имеющей КПД 25%?

2)      Вычислите КПД первой в мире АЭС мощностью 5000 кВт, которая расходовала 30г урана-235 в сутки. (В результате деления одного ядра атома выделяется 200 МэВ.)

СПАСИБО ЗА РАБОТУ НА УРОКЕ!

 

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал
Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 102 002 материала в базе

Материал подходит для УМК

Скачать материал

Другие материалы

Интегрированный урок обобщения и закрепления по теме :"Показательные уравнения и неравенства. Радиоактивность" (11 класс)
  • Учебник: «Физика (углублённый уровень)», Кабардин О.Ф., Глазунов А.Т., Орлов В.А. и др. / Под ред. Пинского А.А., Кабардина О.Ф.
  • Тема: § 75. Радиоактивность
  • 11.04.2021
  • 123
  • 1
«Физика (углублённый уровень)», Кабардин О.Ф., Глазунов А.Т., Орлов В.А. и др. / Под ред. Пинского А.А., Кабардина О.Ф.

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 11.04.2021 228
    • DOCX 751 кбайт
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Мохаммад Людмила Станиславовна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    • На сайте: 1 год и 9 месяцев
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 776
    • Всего материалов: 3

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой