Просмотр содержимого документа
«Ядерная энергетика»
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ: « ЗА» И « ПРОТИВ»
Урок-семинар. 9-й класс.
« Наше поколение понимает, что не земной шар принадлежит нам, а мы принадлежим ему. И нам
надо передать будущим поколениям чистую планету»
Ханс Бликс – Генеральный директор МАГАТЕ.
Цели урока
Образовательная: закрепить понятия, связанные с радиоактивностью,
использованием ядерной энергии, оценить положительные и отрицательные стороны использования ядерной энергии в современном обществе, расширить кругозор учащихся, способствовать развитию их интереса к изучению физики.
Воспитательная: сформировать мировоззренческие идеи, связанные с
угрозой миру и человечеству при использовании ядерной энергии; воспитать чувство ответственности за все,
происходящее в мире; воспитать умение работать в группе, выслушивать оппонента, уважать точку зрения своих товарищей.
Развивающая: развивать умения выделять главное, работать с дополнительной научно-популярной литературой, отстаивать свою точку зрения, приводить нужные аргументы, коротко, четко и быстро излагать свои мысли, а также развивать эмоции и интеллект.
Оборудование: компьютер, проектор, сообщения-презентации учащихся, фото Беккереля,супругов Кюри, Э. Резерфорд, Э.Ферми, Курчатов, ядерный взрыв, первая атомная бомба,Ядерный реактор, жертвы Чернобыля, Чернобыльская АЭС, географическая карта «Экологические проблемы России».
ХОД УРОКА.
1. Подготовительный Для подготовки к семинару учащиеся заранее объединялись в группы по проблемам, которые их наиболее заинтересовали. На доске надпись: «Ядерная энергия: "за" и "против"», крупное изображение знака радиоактивной опасности, географическая карта. Учащиеся рассаживаются по группам.
Учитель.
Сегодня наш семинар посвящен одной из животрепещущих проблем нашего времени. История природы и история человечества неразрывно связаны и влияют друг на друга. Люди всегда относились к природе прагматически. Именно этот подход привёл к тому, что во второй половине, а особенно к концу XX в. произошли глобальные изменения, которые сделали реальной угрозу самоуничтожения человечества. Одно из них – овладение атомной анергией.
Сегодня мы обсудим проблемы, связанные с использованием ядерной энергии, взвесим все «за» и «против». У вас была возможность подобрать материал для того, чтобы высказать свое видение, отношение к радиации.
«За» - те из Вас, кто желает доказать, что с помощью атомной энергии можно решить многие проблемы, и их оппоненты «Против», желающие доказать, что радиационное загрязнение - одна из самых главных экологических угроз.
Итак, из истории физики:
Ученик 1 (Слайд ). Все началось с того, что в феврале 1896 г. когда было открыто явление радиоактивности (фото Беккереля). Анри Беккерель заинтересовался,
может ли люминесцентный материал, активированный обычным светом, испускать рентгеновские лучи. Идея эксперимента была предельно проста: фотопластинку, завернутую в черную бумагу, выставляли на свет, положив на нее минерал. Из своей богатой коллекции минералов Беккерель выбрал почему-то редкую соль урана. После облучения соли солнечными лучами на проявленной фотопластинке
обнаружились четкие отпечатки кристаллов. Беккерель доложил на заседании Французской Академии о результатах своих опытов, сообщение вызвало интерес, и на следующем заседании он должен был делать новый доклад, но … погода испортилась. Приготовленные для опытов пластинки лежали в столе три дня. Докладывать было нечего…
Повинуясь инстинкту ученого, Беккерель на всякий случай проявил пластинки и обнаружил на них почернение в форме отчетливой тени от медного креста, который лежал под кристаллами урановой соли! Это означало, что кристаллы самопроизвольно
испускали какие-то неизвестные лучи. Беккерель за свое открытие получил в 1903 году Нобелевскую премию. Последующие опыты убедили ученого, что соли урана, испускают невидимое проникающее излучение. Это явление назвали радиоактивностью.
Радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.
Разработал теорию радиоактивного распада Фредерик Содди вместе с Эрнестом Резерфордом в 1903 г. Можно сказать, что сбылась мечта алхимиков: стало возможным превращение одного элемента в другой.
Мария Кюри, французский физик и химик, одна из создателей учения о радиоактивности, иностранный член-корреспондент Петербургской АН и почетный член АН СССР. По происхождению полька, с 1891 во Франции. Обнаружила радиоактивность тория. Ввела термин «радиоактивность». Получила металлический радий, исследовала его свойства (Нобелевская премия по химии, 1911). Разработала методы радиоактивных измерений, впервые применила радиоактивное излучение в медицинских целях. Супруги Кюри поставили своей целью выделить из урановой руды химический компонент, обладавший большей радиоактивностью, чем сама руда и содержавшиеся в ней уран и
торий. В июне 1898 они опубликовали сообщение об открытии одного из новых элементов – полония, а в декабре – об открытии радия. Чтобы получить достаточное количество радия для определения его атомной массы, супруги переработали несколько тонн урановой смоляной обманки (руды); химическое разделение производилось в огромных чанах, установленных в дырявом сарае, а анализы – в убогой
лаборатории Муниципальной школы. К 1902 была накоплена 0,1 г хлорида радия. Это необычное вещество, испускавшее голубоватое свечение и тепло, привлекло к себе внимание не только ученых, но и широкой общественности. Признание не заставило себя ждать, и в 1903 супругам Кюри была присуждена половина Нобелевской премии по физике за «их совместные исследования явлений радиации, открытых А.Беккерелем», получившим вторую половину премии. В своей Нобелевской лекции, прочитанной два года спустя, Кюри впервые отметил ту опасность, которую представляют радиоактивные вещества, и добавил, что «принадлежит к числу тех, кто вместе с Нобелем считает, что
новые открытия принесут человечеству больше бед, чем добра».
Открытие протона, нейтрона
Ученик 2(Слайд ). В 1919 г . Резерфорд поставил опыт по исследованию взаимодействия α-частиц с ядрами атомов азота. В этом опыте α-частица при попадании ядро атома азота выбивала из него какую-то частицу. Эти и последующие эксперименты привели Резерфорда к убеждению, что ядра водорода являются теми частицами, которые входят в состав ядер всех атомов. Резерфорд предпочёл остановиться на термине «протон», происходящем от греч. «протос» («первый», «первичный»).
В 1920 г. Резерфордом было высказано предположение о существовании электрически нейтральной частицы. В начале 30-х годов были обнаружены неизвестные лучи, они были названы бериллиевым излучением, так как возникали при бомбардировке α-частицами бериллия. В 1932 г. английский ученый Джеймс Чедвиг доказал, что это излучение – поток электрически нейтральных частиц. Эти частицы были названы нейтронами.
В том же 1932 году Д.Д. Иваненко и Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра.
В 1939 г. немецкими учеными Отто Ганом и Фрицем Штрассманом было открыто деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами. При этом выделяется огромная энергия. При полном делении 1г урана выделяется столько энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5т нефти.
Ученик 2(Слайд). Ядерный реактор. Первая АЭС.
В 1942г. в США под руководством Энрико Ферми был построен первый ядерный реактор.
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. Она была построена в Обнинске в 1954году, её мощность была всего лишь 5000 кВт. Это стало событием мировой важности. Пуск АЭС ознаменовал начало развития атомной энергетики. В настоящее время Обнинская АЭС выведена из эксплуатации ее реактор успешно проработав почти 48 лет.
Учитель. А теперь пришла пора рас смотреть аргументы «за» и «против» ядер ной энергии.У вас на партах лежать карточки с таблицей, в которой вы должны по ходу семинара записывать все аргументы обоих сторон. (Слайд). Прав ли был Прометеи, давший людям огонь?
Мир рванулся вперед, мир сорвался с пружин,
Из прекрасного лебедя вырос дракон,
Из запретной бутылки выпущен джинн.
Ученик 3
«Будто из недр Земли появился свет, свет не этого мира, а многих Солнц, сведенных воедино. Это был такой восход, какого не видел мир. Громадное зеленое сверхсолнце поднялось за доли секунды высоту более двух с половиной тысяч метров. Оно поднималось все выше и выше, пока не достигло облаков, освещая Землю и небо ослепительно ярким светом. Этот громадный огненный шар, диаметром почти полтора километра, поднимался, меняя цвет от пурпурного до оранжевого, увеличиваясь, пришла в действие природная сила, освобожденная от пут, которыми была связана миллиарды лет».
Учитель (переворачивает еще один лист календаря, на фот о - ядерный «гриб»). У.Лоуренс
(Начало дискуссии, учащиеся приводят наиболее значимые, с их точки зрения, аргументы.)
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. А меньше чем через месяц американцы произвели атомные бомбардировки японских городов Хиросимы и Нагасаки (6 и 9 августа 1945 года, соответственно) — единственные в истории человечества примеры боевого применения ядерного оружия. Осуществлены Вооружёнными силами США на завершающем этапе Второй мировой войны.
Это наиболее чудовищное и смертельно опасное применение энергии ядер для всего человечества! Устрашающие по следствия ядерного взрыва. Взрыв бомб потряс и ослепил людей. Люди падали замертво, а те, кто был рядом с местом падения бомбы, сгорели. Сразу было убито и ранено свыше 140 тысяч мирных жителей. Этот акт массового уничтожения людей не был вызван военной необходимостью: ведь война кончалась, капитуляция фашистской Японии была предрешена. По сей день, японцы помнят те трагические дни, помнят жертв того взрыва и призывают людей никогда не применять смертоносную технику.
(Слайд). Губительно действие радиоактивности на человека и окружающую среду.
В 1949 году в СССР на Семипалатинском полигоне был произведен первый наземный взрыв атомной бомбы. Испытания ядерного оружия в Семипалатинской области производились с 1949 года по 1963 год. Их суммарная мощность в 2,5 тысячи раз превышает мощность взрыва ядерной бомбы, сброшенной на Хиросиму, в тех районов, где проводились взрывы, людей не всегда эвакуировали. На них затем изучали действия радиации. В 1961 году был организован специальный диспансер, где этих людей обследовали. На этом «материале» медицинские работники защитили семь докторских и
двенадцать кандидатских диссертаций. Собранные данные говорят, что те люди, которые подверглись облучению, на 39% чаще болеют раком; срок их жизни сокращается в среднем на 10 лет; у облученных родителей рождаются дети, которые ослаблены и в значительной мере утратили иммунные свойства; возросли детская смертность, число врожденных уродств и рождение умственно отсталых детей.
Учитель. Мы с вами услышали, какие бедствия приносить ядерное оружие, но почему же ученые нашей страны создали ядерное оружие, ведь наша страна всегда выступала и выступает за мир?
Ученик 4...Создание ядерного оружия в СССР было вынужденной необходимостью после взрыва бомбы вЯпонии. В одной из бесед с И.В.Курчатовым Сталин заметил:«Если бы мы опоздали на один-полтора года с атомной бомбой, то, наверное, "по пробовали" бы ее насебе».
Учитель.
Создание оружия (и в США, и в СССР) являлось результатом невиданного взлета человеческой мысли, поэтому необходимо было создавать новые направления в науке, такие как нейтронная физика, физика сверхвысоких плотностей энергий, физика быстропротекающих процессов, промышленная радиохимия и многие другие.
(Слайд). ...Известно, что в ряде случаев без ядерных взрывных технологий не обойтись.
До 1988 г.проводились «мирные» ядерные взрывы. В России их было 124:
42 из них выполнены с целью глубиной сейсмозондирования земной коры для поиска полезных ископаемых. Были проведены профили по Сибири. Благодаря этому, приблизительно в 100 раз сократился объем геологических исследований.
39 - Глубинное сейсмическое зондирование земной коры, для выявления залежей полезных ископаемых. 25 - для интенсификации нефтяных и газовых месторождений: целью работ было увеличение притока нефти и газа из действующих скважин.
22 - для создания подземных емкостей для хранения газа и конденсата: на глубине километра с помощью ядерного взрыва создаются пустоты в соляных пластах. При взрыве с температурой миллионы градусов образуется газовый пузырь – все там испаряется. Пузырь расширяется, его окружает расплавленная порода и по мере остывания образуется полость. Все радиоактивные вещества остаются в ней.
6 взрывов - Экскавационные эксперименты (выемка и перемещение огромных объёмов породы и
грунта). 5 - для гашения аварийных газовых фонтанов. С помощью ядерных взрывов тушили неуправляемые газовые фонтаны, в которых сгорали ежедневно миллионы кубометров газа. Впервые в мире газовый фонтан был потушен с помощью ядерного взрыва в 1966 году на месторождении Урта-Булак в Узбекистане. 4 — для создания искусственных каналов и водохранилищ. В результате взрыва образовалась воронка диаметром 520 м и глубиной 90 м. 2 - для дробления руды в карьерных месторождениях для дробления руды.1 - для предотвращения горных ударов и газовых выбросов в подземных угольных выработках,13 -для исследования процессов самозахоронения радиоактивных веществ.
Таким образом, до 1988 года ядерные взрывы применялись в мирных целях.
Учитель. Итак, мы видим, что все взрывы проводились и в мирных целях. Что на это ответят группа«Против»
Ученик 5 (Слайд)....И все-таки мы считаем, что радиоактивные продукты при использовании ядерных взрывных технологий могут попасть в среду обитания человека, тогда последствия будут необратимы. А сколько скорби принесла трагедия Чернобыля?
На фото - уродливый ребенок, мать которого во время беременности находилась в зоне Чернобыльской АЭС.
Первый, самый страшный удар приняли на себя пожарные города Припяти. Они тушили пожар, находясь в зоне самой сильной радиации - над реактором. А через две недели, в День Победы, многих из них уже не стало - они умирали в московской клинике от острой лучевой болезни. Чувствовали смерть, спокойно, без слез прощались друг с другом и тихо умирали.
Жертв Чернобыльской трагедии было бы меньше, если бы людям в те дни сказали горькую, но правду. Нельзя было находиться в зараженной местности, а тем более купаться, загорать, удить рыбу, собирать ягоды. Люди этого не знали, ибо лица, виновные в трагедии, пытались скрыть ее истинно чудовищные для человека и природы масштабы. Эвакуировать людей стали намного позже. Пустыми остались города и села, где тихо, как на кладбище, где ветер играет обветшалыми калитками. Радиацию
ветром разнесло далеко от Чернобыля. По оси перемещения взрывного облака уже через несколько дней после взрыва, стала появляться 5-километоовая полоса умирающего леса. На площади 38 км погибла все растительность, все мелкие млекопитающие. Произошло заражение водоемов и почвы. Главную опасность представляли сухие частицы ядерного топлива на поверхности земли, т.к. они могли легко подниматься ветром и попадать в легкие. Даже в 1990 г. у диких млекопитающих (лосей, кабанов и др.), обитающих в зоне
отчуждения, экологи обнаруживали в легких от 9000 до 26 000 таких частиц на 1 кг ткани легкого. В конце 1989 г. в печати появились сообщения об изменениях в живых организмах на генетическом уровне, которые произошли в результате облучения во время и после чернобыльской аварии. По официальным данным, на весну 1992 г. число погибших вследствие чернобыльской аварии составило 80 тыс. человек, а число заболевших до сих пор неизвестно.
Учитель: Катастрофа в Чернобыле обнажила дилемму, перед которой оказалось человечество в условиях глобального экологического кризиса: либо оно сделает всё возможное для сохранения биосферы, либо безвременно исчезнет… Что же делать, отказаться от АЭС?
• угля — примерно на 350 лет ;• нефти— примерно на 40 лет ;• газа — примерно на 60 лет.
В России действующих АЭС - 10, дают 12% электроэнергии.
У АЭС есть преимущества:
- ядерные реакторы потребляют не кислород, а органическое топливо;
- не загрязняют окружающую среду золой;
- небольшой объем используемого топлива, возможность после его переработки использовать многократно;
- высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок;
- низкая себестоимость энергии, особенно тепловой;
- возможность размещения в регионах, расположенных вдали от крупных водоэнергетических ресурсов, крупных месторождений угля, в местах, где ограничены возможности для использования солнечной или ветряной электроэнергетики.
- при нормальном режиме эксплуатации биосфера надежно защищена от радиоактивного воздействия.
Ежегодная доза излучений, которые приходят к нам из космоса и от других природных источников,составляет 2 мЗв. Персонал АЭС получает в год дозу облучения 4.4 мЗв. Радиационную защитуреактора обеспечивают многие факторы: толстые стены и корпус из железобетона, замкнутый щит и др.Стабильно работающий реактор не выбрасывает никаких радиоактивных изотопов в окружающую среду, тогда как из труб тепловых электростанций выбрасывается достаточно большое количество радиоактивных изотопов (и других загрязняющих элементов), а очистка от них не предусматривается.
Рамки для контроля накопленной дозы радиации имеются на всех атомных объектах во всех странах мира, и все сотрудники и посетители обязательно должны провериться до и после рабочей смены, а иногда и по нескольку раз. Если есть опасность радиационного загрязнения, створка рамки не откроется и не выпустит вас: нужно будет проводить процедуру дезактивации, а затем и медицинское обследование.
Учитель. Из выступления группы «За» следует, что АЭС имеет ряд преимуществ перед ТЭС и ГЭС.
Ученик 7 (Слайд)....Группа «Против»
За последние полвека на Земле образовались десятки миллиардов кюри радиоактивных отходов, и эти цифры увеличиваются с каждым годом. Особенно острой проблема утилизации и захоронения РАО атомных электростанций становится в настоящее время, когда наступает время демонтажа большинства АЭС в мире (по данным МАГАТЭ, это более 65 реакторов АЭС и 260 реакторов, использующихся в научных целях). При нормальной работе АЭС загрязнение окружающей среды за счет выброса радиоактивных
веществ незначительны. Но даже при нормальной работе используется всего 0,5 –1,5% топлива. Остальная незначительная часть перерабатывается, большая часть требует захоронения. Так, например, реактор мощностью 1000 МВт за год работы выделяет 60 тонн отходов. Посчитано, что на их
утилизацию уходит от 1/6 до 1/3 стоимости АЭС, кроме того, вероятность утечки радиации из мест захоронения все равно существует. При хранении опасных веществ в специальных хранилищах иногда происходит нарушение изолирующих оболочек с катастрофическими последствиями. Печальный пример из техногенной деятельности человека – Челябинский выброс радиоактивных отходов в 1957 году из-за разрушения контейнеров – хранилищ. Неизбежный результат работы АЭС – тепловое загрязнение. По масштабам теплового загрязнения АЭС не имеют себе равных среди всех типов электростанций. Все дело в том, что АЭС расходует огромное количество воды из водохранилища для нужд охлаждения конденсаторов (куда поступает отработанный пар из турбин). Большое количество воды для охлаждения нужно, так как КПД охлаждения у АЭС не очень высокое и составляет всего лишь около 30 процентов (а бывает и меньше). В результате процесса охлаждения конденсаторов АЭС вода сильно нагревается, и возвращается обратно в водохранилище уже нагретой на несколько градусов. В результате нарушается тепловой баланс водной системы вокруг размещения атомной электростанции, ведь вода из водохранилищ попадает в грунтовые воды, а также
испаряется и затем проливается на землю в виде осадков. В результате температура водной экосистемы всего района размещения АЭС сильно повышается.
В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду:
локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве
повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации
сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты
изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС
изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов
Учитель. Видим, что стабильно работающая АЭС тоже имеет недостатки. Какие аргументы есть у группы «За»
Ученик 8 (Слайд)....Группа «За» Переработка и хранение отработанного топлива представляет наибольшую проблему. Сейчас в нашей стране твердые радиоактивные отходы в стальных бочках со стенками толщиной 50 см закапываются глубоко в землю или соляные пласты. Ядерные силовые установки находятся на атомных ледоколах, атомных подводных лодках. Так решили проблему судов с неограниченным районом плавания. Одно из главных преимуществ атомного ледокола — отсутствие необходимости в регулярной дозаправке топливом, которое необходимо в плавании во льдах, когда такой возможности нет или дозаправка сильно затруднена. Сегодня уже не один ледокол с атомным двигателем разбивает льды Северного Ледовитого океана. И благодаря ледоколам мы имеем «открытый» Северный морской путь, по которому выгодно перевозить грузы. Атомная энергетика заняла свою нишу в мировом сообществе и в авиации. Конструирование авиационного ядерного реактора осуществлялось под руководством академиков И.В. Курчатова и А.П. Александрова. Цель: получить машину, которая, взлетев с территории страны, сможет наносить удары по объектам в любой точке планеты. Атомная энергия широко применяется в промышленности: контроль качества, получение новых полимеров, определение структуры и дефектов сплавов, исследование смазочных материалов в трущихся частях машин, холодная стерилизация перевязочных материалов и лекарственных средств, анализ жидких и газовых сред осуществляется с наибольшим успехом с помощью ядерной энергии. Нужно еще сказать об использовании явления в медицине:
-методы диагностики и терапии показали свою высокую эффективность. При облучении раковых клеток γ- лучами они прекращают свое деление. И если раковое заболевание находится на начальной стадии, то лечение является успешным;
- малые количества радиоактивных изотопов используются с целью диагностики, Например, при рентгеноскопии желудка используется радиоактивный барий;
- успешно применяются радиоактивные изотопы при исследовании йодного обмена щитовидной железы. Ядерная энергия нашла своё применение в космонавтике в основном в использовании ядерных реакторов для космических аппаратов.
(Слайд)... Учитель. Наши дебаты можно было бы продолжать и дальше. Вы, уважаемые коллеги, привели много убедительных аргументов «за» и «против» ядерной энергии. Теперь пришла пора сделать выводы: что же ядерная энергия приносит людям - зло или благо?
Учитель. Благодарю всех за участие в обсуждении проблем использования ядерной энергии. Мы выслушали много аргументов «за» и «против» использования ядерной энергии. Все ваши выступления были искренними, поскольку, знакомясь с материалом, вы сами сделали выбор, какую сторону вы займёте в диалоге.
Действительно, мы несколько переоценили всевластие человека, действительно,
слишком самонадеянно посчитали себя царями Природы, действительно, уверовав в научно – технический прогресс и силу разума, забыли о том, что есть на свете такие простые вещи, как порядок, квалификация инженеров и техников, ответственность учёных за свои решения, точность в исполнении разумных приказов. Когда всего этого нет,- нет и никакой гарантии безопасности нашей «власти» над Природой. Тогда-то Природа и мстит жестоко и страшно. И пусть напоминанием и предостережением будет песня («Пока не поздно» на слова Н.Добронравова).
РЕФЛЕКСИЯ
Учащиеся получили листы с началом следующих предложений:
1. Сегодня я узнал…
2. Меня удивило…
3. Я изменил свои взгляды на…
4. Своей работой на уроке я…
5. Было трудно…
6. Урок для меня показался…
7. Материал урока мне был…__
У вас на столах находятся знаки радиации, прикрепите их к тем словам , которые вы выбрали: «за» или «против».
