Ядерна енергетика
2-й семестр
ЯДЕРНА ФІЗИКА
4. Атомне ядро. Ядерна енергетика
Урок 8/55
Тема. Ядерна енергетика
Мета уроку: ознайомити учнів з галуззю застосування атомної енергії.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
План уроку
Контроль знань | 6 хв. | 1. Яка ядерна реакція називається ланцюговою? Чому? 2. Чому під час поділу ядер урану виділяється енергія? 3. Основні елементи ядерного реактора |
Демонстрації | 2 хв. | Фрагменти відеофільму |
Вивчення нового матеріалу | 28 хв. | 1. Застосування радіоактивних ізотопів у медицині. 2. Використання?-випромінювання в техніці. 3. Переваги атомних електростанцій. 4. Ядерна зброя |
Закріплення вивченого матеріалу | 6 хв. | 1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Застосування радіоактивних ізотопів у медицині
Ще 1911 року Содді висловив припущення про можливість існування елементів з однаковими хімічними властивостями, які, проте,
O Атоми, що мають однаковий заряд, але різну атомну масу, називаються ізотопами.
За допомогою ядерних реакцій можна одержати радіоактивні ізотопи всіх хімічних елементів, що зустрічаються в природі тільки в стабільному стані.
Радіоактивні ізотопи застосовуються в медицині як для визначення діагнозу, так і в терапевтичних цілях.
Так, радіоактивний натрій, що вводиться в невеликих кількостях у кров, використовується для дослідження кровообігу, йод інтенсивно відкладається в щитовидній залозі, особливо при базедовій хворобі. Спостерігаючи за допомогою лічильника за відкладенням радіоактивного йоду, можна швидко поставити діагноз. Великі дози радіоактивного йоду спричиняють часткове руйнування тканин, що розвиваються аномально, і тому радіоактивний йод використовують для лікування базедової хвороби. Інтенсивне гамма-випромінювання кобальту використовується під час лікування ракових захворювань (кобальтова гармата).
Унікальність ізотопної діагностики полягає в її точності, надійності, можливості частого застосування, а головне – здатності діагностувати захворювання вже на ранній стадії.
Такі радіонукліди, як Талій-201 і Рубідій-82, використовуються для одержання зображення серця, інші (наприклад, Технецій-99) використовуються під час сканування мозку, кісткових тканин, а також для діагностики таких захворювань, як рак, хвороба Альцгеймера й інших.
Для проведення високоефективного ізотопного діагностування, що дозволяє визначити динаміку біохімічних процесів у всіх ділянках організму, використовується Карбон-11, Нітроген-13, Фтор-18. Ряд ізотопів (Палладій-103, Іридій-192) уже застосовують для лікування ракових захворювань, а деякі ізотопи можна використовувати як анальгетики й стерилізатори.
2. Використання?-випромінювання в техніці
Гамма-випромінювання виникає під час розпадів радіоактивних ядер, випускається при переході ядра з більш збудженого енергетичного стану в менш збуджений.
Гамма-випромінювання має велику проникну здатність, тобто може проникати крізь великі товщі речовини без помітного ослаблення.
Гамма-випромінювання знаходить застосування в техніці, наприклад, для виявлення дефектів у металевих деталях – гамма-дефектоскопія. За допомогою?-дефектоскопів перевіряють, наприклад, якість зварених з’єднань елементів конструкцій (чи то міст, чи то ядерний реактор). За рахунок різного поглинання?-випромінювання сталлю і порожнечами в ній дефектоскоп “бачить” тріщини всередині металу й виявляє брак на стадії виготовлення.
Гамма-випромінювання використовується в харчовій промисловості для стерилізації продуктів харчування.
З одного боку, гамма-випромінювання може викликати променеве ураження організму, аж до його загибелі, з іншого боку, використовується в медицині для лікування пухлин, стерилізації апаратури, лікарських препаратів, приміщень.
Сучасні можливості променевої терапії розширилися в першу чергу за рахунок засобів і методів дистанційної гамма-терапії. Успіхи дистанційної гамма-терапії були забезпечені в результаті копіткої роботи в галузі використання потужних штучних радіоактивних джерел гамма-випромінювання (Кобальт-60, Цезій-137), а також нових гамма-препаратів.
3. Переваги атомних електростанцій
Споживання енергії в нашій країні й за кордоном росте настільки швидко, що відомі на сьогодні запаси палива швидко вичерпаються за порівняно короткий термін.
Наприклад, запасів вугілля може вистачити років на 350, нафти – на 40 років, природного газу вистачить років на 60. На сьогодні реальний внесок в енергопостачання робить ядерна енергетика. Незважаючи на відомі небезпеки, пов’язані з радіоактивними випромінюваннями, а також небезпекою вибухів, ядерна енергетика розвивається в усьому світі.
Атомні електростанції (АЕС) будують, насамперед, у європейській частині країни. Це пов’язано з тим, що АЕС мають низку переваг порівняно з тепловими електростанціями:
– ядерні реактори не споживають дефіцитного органічного палива і не потребують масових перевезень вугілля залізничним транспортом;
– для роботи АЕС потрібна дуже невелика кількість палива;
– АЕС не споживають атмосферний кисень і не засмічують середовище золою і продуктами згоряння (екологічна частота);
– АЕС не вимагають створення великих водоймищ, що займають великі площі родючих земель.
Однак під час використання енергії ядер у мирних цілях виникають інші проблеми.
Перша полягає в необхідності захисту людей, що обслуговують ядерні енергетичні установки, від шкідливої дії гамма-випромінювання й потоків нейтронів, що виникають в активній зоні реактора.
Друга проблема пов’язана з тим, що під час роботи реактора в його активній зоні накопичується велика кількість штучних радіоактивних речовин. Для запобігання їх випадковому викиду з реактора розроблені автоматичні протиаварійні системи, ведеться безупинний автоматичний контроль за станом чистоти повітря, води, грунту навколо атомних станцій.
Крім того, у результаті роботи АЕС виникають ядерні відходи. Радіоактивність відпрацьованих ТВЕЛів залишається високою, являючи небезпеку для людей навіть через 22 000 років. Відпрацьовані ТВЕЛи зберігають у рідкому вигляді в цистернах з нержавіючої сталі, оточених бетоном. Найбільш активні відходи склять і зберігають у глибоких шахтах під землею.
І все-таки без ядерної енергетики людству, очевидно, не обійтися. Тому на сьогодні проводяться інтенсивні дослідження з метою підвищення безпеки реакторів, посилення засобів захисту, зокрема, від помилкових дій обслуговуючого персоналу.
4. Ядерна зброя
Некерована ланцюгова реакція здійснюється в атомній бомбі. Щоб міг відбутися вибух, розміри матеріалу, що ділиться, повинні перевищувати критичні. Це досягається, наприклад, шляхом швидкого поєднання двох шматків матеріалу, що ділиться.
Під час вибуху бомби температура досягає десятків мільйонів градусів. За такої температурі різко підвищується тиск та утворюється потужна вибухова хвиля. Одночасно виникає могутнє випромінювання. Продукти ланцюгової реакції під час вибуху бомби сильно радіоактивні й небезпечні для живих організмів.
Атомні бомби були застосовані США наприкінці Другої світової війни проти Японії. 6 серпня 1952 р. на міста Хіросіма й Нагасакі були скинуті атомні бомби.
Зі створенням ядерної зброї перемога у війні стала неможливою. Термоядерний вибух знищує все живе на відстані до 150 км від його епіцентру. Ядерна війна здатна привести людство до загибелі, тому народи усього світу наполегливо борються за заборону ядерної зброї.
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
– Що таке радіоактивні ізотопи?
– Чим обумовлена сильна проникна здатність?-випромінювання?
– У зв’язку з чим у середині ХХ століття виникла необхідність знаходження нових джерел енергії?
– Чи може людство обійтися без ядерної енергетики?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Якісні питання
1. У чому полягає принципова відмінність керованих ядерних реакцій від некерованих?
2. Які проблеми виникають під час використання ядерної енергії в мирних цілях?
3. У чому полягає метод “мічених” атомів? Наведіть приклади використання цього методу.
2). Навчаємося розв’язувати задачі
1. Під час вибуху атомної бомби (серпень, 1945 р.) утворилося багато різних радіоактивних елементів. Які з них становили небезпеку тільки в перші години після вибуху, а які можуть загрожувати життю людей і зараз?
2. Чи змінюється хімічна природа елемента під час випуску?-випромінювання з його ядра?
Домашнє завдання
1. Підр.: § 36, 37.
2. Зб.: № 18.6; 18.7; 18.8; 18.9; 18.10; 18.11.
3. Д.: підготуватися до самостійної роботи № 16.
Задачі із самостійної роботи № 16 “Радіоактивність. Ядерні реакції. Ядерна енергетика”
Середній рівень
1. Чи можна за допомогою хімічних реакцій перетворювати атоми одного хімічного елемента на атоми іншого хімічного елемента? Поясніть свою відповідь.
2. Чому нейтрони виявилися найбільш зручними частинками для бомбардування атомних ядер?
Достатній рівень
1. Напишіть відсутні позначення в таких ядерних реакціях:
2. Закінчіть запис ядерних реакцій:
Високий рівень
1. Ядерні реакції класифікуються за видом частинок, що бомбардують ядро. Яка частинка застосовувалася в таких реакціях?
2. Під час бомбардування ядер атома заліза 5626Fe нейтронами утворюється радіоактивний ізотоп Марганцю з атомною масою 56. Напишіть реакцію одержання штучного радіоактивного Марганцю і реакцію?-розпаду, що відбувається з ним.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...