Тема: Атомная и ядерная энергетика. Экология.

«Пусть атом будет рабочим, а не солдатом»

И.В. Курчатов.

Цель: Формирование целостного и ценностного образа мира.

Задачи урока:

1. Расширить, обобщить, систематизировать, углубить знания учащихся по ядерной физике, химии, биологии, ОБЖ в области получения и применения радиоактивных изотопов. Изучить биологическое действие радиоактивных излучений и средства защиты от них.
2. Формировать экологическое мышление учащихся.
3. Развивать интеллектуальные, информационные и организационные умения (самостоятельно готовить сообщения, подбирать литературу, искать информацию, в том числе и в сети «Интернет», выделять главное, анализировать, систематизировать информацию, представлять результаты обработки информации в виде электронных презентаций и информационных буклетов)

Оборудование: Электрифицированная карта АЭС, плакаты, таблицы, выставка книг, подготовленных учащимися буклетов и стендов по теме, демонстрационная установка по обнаружению естественного фона радиации, таблица Менделеева, компьютер, электронные презентации «Биосфера и радиация», «Нейтронная бомба», «Живая клетка», «Ядерное оружие и последствия его применения», дозиметры, защитный костюм от радиации.

Литература:

1. Сонин Н.И.. Биология 8, 10 кл.
2. Смирнов А.Т. Основы безопасности жизнедеятельности. 10 класс.
3. Кузнецова Л. Химия, 8 класс.
4. Гузей Л.С. Химия, 10 класс.
5. Касьянов В.А. Физика, 11 класс.
6. Пинский А.А. Физика, 11 класс (для классов с углубленным изучением физики).
7. Енохович А.С. Справичник по физике и технике. – М.: Просвещение, 1983.
8. Гровс Л. Теперь об этом можно рассказать. – М.: Атом-издат, 1964.
9. Родина Н.А. Изучение атомного ядра. – М.: Просвещение, 1970.
10. Андерсон Дж.М. Экология и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
11. Атомное оружие и действия войск в условиях его применения: Пособие для офицеров. – М.: Военное издательство министерства обороны Союза ССР, 1957

Ход урока:

I.                  Психологическая подготовка для восприятия материала

Для создания эмоционального фона в начале урока просматривается презентация, где под музыку показываются иллюстрации, содержащие картины природы или фотографии прекрасных созданий рук человеческих, перемежающиеся изображением  ядерных взрывов и последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Цель – уже в начале урока задать эмоциональный фон, заставить задуматься о роли и значении развития ядерной физики, о последствиях неразумного использования научных открытий. Учитель говорит о сложности и многоаспектности темы, которая изучается на сегодняшнем уроке. Она вызывает необходимость обратиться к данным разных наук, поэтому изучение ее идет на уроке-панораме.

II. Успехи и перспективы отечественной ядерной энергетики

II.1 Слово учителя физики.

Значение атомной энергетики, роль отечественных физиков в ее развитии. НТП и современная цивилизация немыслима без электроэнергии, потребность в которой неизменно возрастает. Для этих целей сжигается уголь, нефть, газ – ценнейшее сырье для химии. По расчетам экономистов, его хватит на ближайшие 50-100 лет. А что дальше? Энергетический голод? Можно и нужно использовать энергию ветра, солнца, морского прибоя, тепло Земли, но эти источники, даже вместе взятые, дадут лишь несколько процентов от общей электрической энергии. Не случайно США возрождают атомную энергетику. Хотя собственные ресурсы весьма значительны, Япония в своей долгосрочной программе делает ставку на АЭС. Ядерное топливо является самым активным источников электроэнергии.

II.2 Сообщение учащегося об Игоре Васильевиче Курчатове

Курчатов – советский физик, первый организатор и руководитель работ по атомной науке и технике в СССР, академик АН СССР. Обнаружил ядерную изомерию. Под руководством Курчатова сооружен первый советский циклотрон (1939), открыто спонтанное деление ядер урана (1940). Основатель и первый директор Института атомной энергии. Под руководством Курчатова создан первый в Европе ядерный реактор (1946), первая в СССР атомная бомба (1949), первые в мире термоядерная бомба (1953) и атомная электростанция (1954)

II.3 Действующие АЭС. Сообщение учащегося.

Учащийся говорит о том, что энергетика – важнейшая часть жизнедеятельности человека. Она является основой развития производительных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие невозможно без постоянно развивающейся энергетики.

Энергетическая промышленность является частью топливно-энергетического комплекса и одной из базовых отраслей тяжелой промышленности.

Российская энергетика – это 600 тепловых, 100—гидравлических, 9 атомных электростанций. Общая их мощность составляет 214, 5 млн.квт.

В последнее пятидесятилетие энергетика была в нашей стране одной из наиболее динамично развивающихся отраслей. Она опережала по темпам развития как промышленность в целом, так и тяжелую индустрию.

Основными типами  электростанций в России являются тепловые, гидравлические, а также атомные.

Доля атомных электростанций в суммарной выработке электроэнергии составляет около 12%. В России действуют 9 АЭС общей мощностью 21,3 млн.квт. Персонал девяти российских АЭС составляет 40,6 тыс. человек или 4% от общего числа занятого населения в энергетике.

АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций.

II.4. Работа учащихся с таблицей «Действующие АЭС и их характеристики»

Выписать действующие атомные электростанции.

Какие типы ректоров применяются в настоящее время? Какие из них наиболее эффективны?

Какова средняя мощность действующих электростанций?

Каков средний срок службы блока электростанции?

II.5 Сообщение учащегося. Альтернативное топливо – водород.

Еще в конце 50-х годов был проведен комплекс исследований. Ученые убедились, что традиционные углеводородные топлива изжили себя и должны быть заменены водородом. Применение водорода позволит совершить крупный скачок в развитии авиационной и ракетной техники и проложить широкую дорогу в космос. В последние годы стало ясно, что водород – это экологически чистое топливо, может радикально повысить эффективность других видов транспорта, найти непосредственное применение для отопления городов, производства электроэнергии для бытовых нужд, эффективно использоваться в черной металлургии, химической и других отраслях промышленности.

III. Получение и применение радиоактивных изотопов. Слово учителя химии.

III. 1 Искусственные и природные изотопы.

При открытии периодического закона в 1869 году было известно лишь 63 элемента. Располагались они в порядке возрастания их от 1Н до 92U. Менделеев допускал существование элементов более тяжелых, чем уран. Утверждение ученого подтверждалось. В настоящее время известны элементы вплоть до 107.

К 1913 году было открыто около 40 радиоактивных элементов, названных естественными, самым тяжелым из них был уран, и самым легким свинец. Радиоактивные элементы уран, торий, радий испускают излучения. При распаде ядра урана выделяется α-частица или β-частица, последовательно образуются изотопы элементов, которые находятся на 2 клетки левее:

Уран → торий,   радий → радон → полоний → свинец

Для превращения одних элементов в другие используются ядерные реакции. Таким способом получены все трансурановые элементы.

Первоначально явление изотопии было установлено для радиоактивных элементов U-238, U-235, U-234.

Стабильных  (нерадиоактивных изотопов) известно 300, из них состоит большинство химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева (протон, дейтерий, тритий – первый элемент таблицы)

Радиоактивные изотопы получены для всех элементов, их 1500. Получают их в атомных реакторах. Ядра нейтронных изотопов, захватывая нейтроны, увеличивают свою массу на одну атомную единицу массы.

Радиоактивные изотопы служат в качестве меченых атомов, позволяющих следить за поведением и передвижением атомов элемента. Они используются в промышленности, сельском хозяйстве, археологии, медицине, биологии, химии и других научных исследованиях. (См. презентацию к уроку)

III.2 Применение радиоактивных излучений

Самостоятельная работа учащихся с учебником и справочником.

Учащиеся должны, изучив параграф учебника и справочные материалы, заполнить следующую таблицу (не менее 5-ти элементов).

III.3 Использование изотопов в биологии, сельском хозяйстве, археологии и медицине. Сообщение учащегося.

IV. Слово учителя биологии. Биологическое действие радиоактивных излучений. Защита организмов от них.

IV.1. Нарушение экологического равновесия в биосфере в результате НТП.

Освоение ядерной энергии повлекло за собой такое количество катастроф и человеческих жертв, что мы до сих пор не можем оценить перспективы развития атомной отрасли, положив на одну чашу весов ее очевидную экономическую выгоду, а на другую – не менее очевидную опасность. Хотя специалисты, убежденные в том, что альтернативы атомной энергетике нет, стараются сделать все, чтобы эту опасность минимизировать. Сегодня в мире на атомных электростанциях действуют 440 блоков, и большинство стран не  собирается сворачивать свои ядерные программы. Однако не стоит забывать и о том, что, кроме столь необходимой человечеству электроэнергии, АЭС производит еще и радиоактивные ядерные отходы. Их переработка и утилизация – одна из основных проблем, касающихся не только представителей атомной промышленности, но и экологов, и политиков, и каждого из нас.

Состав отработанного ядерного топлива:

- U-238 (двуокись) – 95%

- Радиоактивные отходы (РАО) и др. элементы – 2,5%

- U-235 (двуокись) – 1,5%

- Плутоний – 1%

- 97,5% ОЯТ составляют энергетически ценные двуокиси изотопов урана 238 и 235 и плутоний, наработанный в реакторе, которые могут быть использованы после длительного хранения.

- 2,5% РАО, подлежащие захоронению.

Первые пять лет ОЯТ хранятся на АЭС в специальных резервуарах, затем часть ОЯТ идет на переработку, а другая захораниватся в специальных ядерных могильниках. В России сегодня хранится 16 тыс. т ОЯТ, часть из которых хранится на РХЗ, а часть – на действующих АЭС. Объемы построенных хранилищ рассчитаны на захоронение отечественных отходов вплоть до 2017 года.

IV.2. Сообщение учащегося и работа с презентацией. «Влияние радиоактивности на живую клетку и экосистему».

Учащийся рассказывает о путях попадания радиоактивных веществ в организм, о воздействии ионизирующего излучения на живую клетку и всасывании радиоактивных веществ в желудочно-кишечный тракт и кровь, о спектре мутаций, индуцированных облучением. Сообщение сопровождается презентацией, подготовленной группой учащихся.

IV.3. Трагедии Хиросимы, Чернобыля и Тоцкого взрыва.

(Выступления трех учащихся с элементами исследования последствий Тоцкого взрыва).

V. Ядерное оружие. Борьба ученых за устранение ядерной угрозы.

V.1 Слово учителя ОБЖ. Виды ядерного оружия: атомная, водородная и нейтронная бомбы. (см. презентацию)

Часто человечество новейшие достижения в науке использует прежде всего в военных целях, для уничтожения всего живого.

Действие ядерного оружия основано на использовании внутриядерной энергии, высвобождающейся при ядерных превращениях некоторых химических элементов. Ядерное оружие в миллионы раз превосходит мощность обычных бомб, взрывчаток. Для этого используют реакции деления ядер урана-235, 233, плутония-239.

Мгновенный взрыв происходит тогда, когда соединяются 2 части урана или плутония, образуя критическую массу. При делении одного килограмма ядер урана-235 высвобождается энергия в 20 тысяч тонн тротилового эквивалента.

Есть еще более страшный вид оружия – термоядерное оружие (водородная бомба). В ней используется реакция синтеза ядер атомов водорода (дейтерий, тритий) в ядра атомов более тяжелых элементов. Реакция синтеза протекает при температуре в несколько миллионов градусов. Источником такой температуры является ядерный взрыв (взрыв атомной бомбы). Мощность водородной бомбы теоретически неограничена.

Другой вид ядерного оружия – нейтронная боба («голубая бомба»). У нее нет ударной волны. 40% энергии выделяется на выход нейтронов. Это больше, чем в атомной бомбе. Прежде всего, взрыв оказывает смертельное влияние на людей. Площадь зоны поражения проникающей радиации превосходит площадь зоны поражения ударной волной в несколько раз.

V.2 Индивидуальные и массовые средства защиты от радиации. Выполнение практических работ учащимися по группам. Результаты представляются группой в форме сообщений или творческого отчета.

Практическая работа №1. Знакомство с приборами, измеряющими уровень радиации, измерение радиационного фона на улице и на разных этажах школы.

Практическая работа №2. Средства индивидуальной защиты: фильтрующие и изолирующие противогазы, респираторы, ватно-марлевые повязки, ОЗК.

Учитель подводит итог и знакомит с массовыми способами коллективной защиты (убежища, противорадиационные укрытия и простейшие укрытия), сообщает о медицинских средствах защиты.

VI. Завершающий этап урока. Подведение итогов.

Слово учителя.

Создатель водородной бомбы А.Д.Сахаров тяжело пережил испытания своего изобретения. После его смерти было опубликовано много секретных документов, которые показывают, что он прекрасно понимал, какое страшное оружие он изобрел. В течение многих лет он неотступно думал о том, скольких же человеческих жизней будет стоить каждый взрыв. Поэтому до конца своей жизни он был страстным борцом за мир. Однажды на банкете после очередного испытания страшного оружия Сахарова попросили произнести тост. Он сказал: «Пусть наши устройства взрываются так же успешно, как сегодня, но только на полигонах и никогда – над городами».

Беседа с учениками.

- Как вы думаете, почему для рассмотрения проблем, связанных с ядерной энергетикой, потребовались знания из области нескольких предметов?

- Какая часть урока вам показалась наиболее значимой?

- Какие темы исследовательских работ по данным вопросам вы можете предложить для более глубокого изучения и выхода на школьную конференцию?

- Какие выводы для себя вы сделали в результате урока?

Домашнее задание

Дополнить таблицы, над которыми работали во время урока, конспекты вопросов, по желанию – сделать электронные презентации по заинтересовавшим аспектам поставленных проблем.

Приложение

Таблицы для самостоятельной работы учащихся

Таблица №1

Использование атомной энергии

Таблица №2

Влияние ядерных излучений на биосферу

Таблица №3

Применение радиоактивных изотопов