Внеклассное мероприятие по теме «Применение ядерной энергии, получение и применение радиоактивных изотопов» с применением технологии "Дебаты"
классный час по физике (9 класс) на тему

C.  

Основные понятия:

Ядерные реакции – изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом.

Тяжелые ядра – ядра элементов из конца периодической  системы Менделеева.

Ядерная цепная реакция – реакция, в которой частицы, вызывающие ее (нейтроны) образуются как продукты этой реакции.

Ядерный реактор – устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер.

Критическая масса – наименьшая масса делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция.

Термоядерные реакции – это реакции  слияния легких ядер при очень высокой температуре.

Изотопы – химические вещества с одним порядковым номером (числом протонов), но разной атомной массой (и числом нейтронов).

Трансурановые элементы – элементы, находящиеся в таблице Менделеева после урана.

Живое – все, что имеет клеточную основу, способно к воспроизводству вида.

Предоставляется слово каждому члену команды.

По ходу выступления доска делится на две части и выписываются приводимые аргументы обеих команд.

Слово предоставляется команде ученых-экспертов:

(Выступление ритора) Акмурзаев А. -(Приложение 1)

• Область применение ядерной физики настолько велика и многообразна, что рассказать обо всём сегодня невозможно
• В промышленности это гигантские реакторы для атомных электростанций, для получения трансурановых элементов.; изотопные источники тока для автоматических метеорологических станций, маяков , искусственных спутников Земли т.д..
• На транспорте- это мощные реакторы для надводных и подводных кораблей.
• В сельском хозяйстве- это установки для массового облучения картофеля с целью предохранения от прорастания, овощей и  фруктов- для сохранения их от плесени, мяса- от порчи, выведение новых сортов путём генетических трансмутаций.
• Геологии – это поиск нефти и газа, активированной анализ для поиска и сортировки металлических руд, определение примесей в естественных алмазах ит.л.
• В медицине- диагностика заболеваний, стерилизация мединструментов, лечение опухолей и т.д
• А сколько имеется наук, в  которых ядерная физика играет главную роль: ядерная геофизика, ядерная астрофизика,
• В криминалистики  ядерные методы не ограничиваются изучением только, что совершённых преступлений, но и позволяет обнаружить преступление, совершенное давным  давно, а иногда даёт возможность предотвратить задуманное. Широко известен факт, обнаружения аномально большого содержания мышьяка в волосах Наполеона на основе  ядерно физического метода.
• В качестве примера возможности предотвращения преступлений приведём запотентованнй в США способ обнаружения взрывчатки в багаже. Способ основан на том, что взрывчатка содержит азот N  N  Который при облучении его нейтронами превращается в    и радиоактивный изотоп испускающий гамма-кванты с энергией  6 Мэв, появление таких гамма-квантов, при облучении чемодана является соответствующим сигналом.
• В военном деле это ядерное оружие, ядерные технологии.

Предоставляется слово каждому члену команды.

(Приложение №2)

Жанабаева А.: ФЕРМИ Энрико (1901-54), итальянский физик, один из создателей ядерной и нейтронной физики, основатель научных школ в Италии и США, иностранный член-корреспондент АН СССР (1929). В 1938 эмигрировал в США. Разработал квантовую статистику (статистика Ферми — Дирака; 1925), теорию бета-распада (1934). Открыл (с сотрудниками) искусственную радиоактивность, вызванную нейтронами, замедление нейтронов в веществе (1934). Построил первый ядерный реактор и первым осуществил в нем (2.12.1942) цепную ядерную реакцию. 1945 г. физик увидел впечатляющие зрелище  первый атомный взрыв на полигоне в штате Нью-Мехико.Это был первый в истории человечества взрыв атомной бомбы. «ВО многие говорили древние. А согласны ли вы с этим изречением?

(Приложение № 3)

• Майков Э: Площадь вокруг реактора была серьезно загрязнена плутонием, цезием и радиоактивным йодом. Примерно 120 миллионов Кюри радиоактивного материала освободились и загрязнили более чем 21 000 км2 земли в Украине, Беларуси и Российской федерации.
•  Примерно 135 000 человек были перманентно эвакуированы Всего почти 17 миллионов людей, включая 2.5 миллиона детей младше 5 лет, подверглись действию радиации.
• По оси  перемещения взрывного  облака уже через несколько дней после взрыва появилась 5-ти километровая полоса умирающего леса. На площади 38 км2 погибли все растения, все млекопитающие. Главную опасность представляли сухие частицы ядерного топлива на поверхности земли.
• Отмечено значительное увеличение случаев рака щитовидной железы у детей и подростков, особенно среди лиц, которые были младше 4 летнего возраста к моменту инцидента  В конце 1989 года в печати появились сообщения об изменении на  в живых организмах на генетическом  уровне.
•  Семнадцать лет спустя, эта территория остаётся необитаемой из-за постоянной опасности загрязнения из окружающей среды. По официальным данным, на весну 1992 года число погибших вследствие Чернобыльской аварии составило  80 тысяч человек. А  число заболевших до сих пор неизвестно. (Приложение №4)

• Грибоедова В: Вы, наверное, слышали, что успехи современной микроминиатюрной радиотехники позволяют проводить исследования желудочно-кишечного тракта при помощи радиопилюль. Вместо противной кишки вы глотаете небольшую таблетку, представляющую собой  миниатюрный радиопередатчик. Частота радиопередатчика зависит от свойств окружающей среды. Попадая в желудок такая пилюля начинает вести радио передачу. Целая радиостанция в желудке. Описанное достижение в радиотехнике   и медицине выглядит почти, как чудо.
• Вместе с тем они могли быть несравненно значительнее, если бы размеры таблетки были существенно меньше. Такие таблетки есть! Этими микрорадиотаблетки-  радиоактивные изотопы.  Радиоактивные атомы, если их ввести  в кровь, действительно могут в любые места организма,  в самые недоступные закоулки и вести оттуда передачу, испуская гамма- кванты. Метод радиоизотопов  в медицине позволяет решать самые неожиданные задачи и отвечать на самые неожиданные вопросы. (Диагностика, исследование функций различных органов, лечение.)

Пример: При диагностике сердечно-сосудистых заболеваний очень важно бывает знать общее количество крови в организме, скорость кровотоков единицу времени. Важно потому, что эти параметры являются индикаторами многих заболеваний. Как же определить их в живом организме. В вену локтевой части руки вводят четверть кубика физиологического раствора, содержащего несколько десятков микрокюри радиоактивного изотопа натрия                    

Тем самым небольшой объём крови, циркулирующей в организме оказывается отмеченным радиоактивной меткой. Эту метку видно так как гамма излучение, испускаемое, легко  пронизывает ткани организма и может быть зарегистрировано специальными гамма детекторами.

В результате появляется возможность следить за движением отмеченного объёма крови в течение некоторого промежутка времени (пока физиологический  раствор  не распределится равномерно по всему объёму крови). Обычно это делается с помощью гамма- счётчика, установленного около другой части организма, достаточно удалённой от места введения радиоактивного препарата (например вблизи другой руки или у  ноги).Через несколько десятков секунд после инъекции радиоактивного препарата  счётчик отметил появление радиоактивности. Это кровь принесла сюда радиоактивный препарат, введённый в вену.

Измерения показали, что  у взрослого здорового человека среднее  время перемещения крови от одной  руки до другой равно 15сек, от одной руки до ноги 20 сек. Можно вычислить время полного кругооборота крови.

При каждом прохождении через сердце физиологический  раствор с радиоактивной   меткой  разбавляется довольно большим объёмом крови, находящейся в области  сердца. Чем больше объём кровотока. Тем быстрее происходит разбавление. Но степень разбавления можно оценить по изменению концентрации радиоактивных атомов по выходе  их из области сердца, т. е. по изменению радиоактивности. Значит, измеряя радиоактивность, можно определить  объём кровотока. Математическая обработка результатов таких измерений показывает, что у здорового взрослого человека объём кровотока в единицу времени составляет 5,5-6 л/ мин.

Абдуллаева Б.: Большая серия исследований по диагностики различных заболеваний радиоизотопным  методом основана на особенности организма накапливать в своих тканях некоторых химических веществ.  Например щитовидная железа выделяет из организма и накапливает в своей ткани йод, костная ткань – фосфор, кальций и стронций, печень некоторые красители. Если орган работает нормально, то процесс накопления имеет определённую скорость количество накопленного вещества; при нарушении же функции органа наблюдается отклонение от этого режима. За всеми этими  особенностями накопления йода удобно следить  с помощью гамма радиоактивного  изотопа.  Если щитовидная железа в норме,  то через определенное время после введения в организм йода гамма- излучения будет иметь некую оптимальную интенсивность.

Тоже радиоактивный йод может быть использован для исследования работы печени. Применение метода основано на том, что  краска, введённая в кровь, выводится из организма только через печень. Скорость перехода краски из крови  в печень, время задержки в печени, и скорость выведения из печени  во внешнюю среду определяют состояние печени. За всеми этими изменениями удобно следить с помощью гамма- счетчика расположенного над печенью.

Аналогичный метод применим для исследования почек, если в кровь вводить другой препарат. В этом случае преимущества  ядерно-физического метода ощутимы в буквальном смысле этого слова.  

 Радиоактивные изотопы используются для выявления  злокачественных опухолей в различных органах. Диагностика основана на том, что клетки опухоли иначе накапливают радиоактивный препарат по сравнению с клетками здоровой  ткани.

Кроме диагностики  радиоизотопы находят широкое применение  для лечения.  Метод меченных атомов внёс существенный вклад в борьбу с отравлениями. Они позволяют определить  пути поступления радиоактивных веществ  в организм, особенности его введения  и способы выведения. Что позволяет выработать  наиболее быстрые пути выведения его из организма.

Аналогичные задачи решаются при  изучении новых лекарственных средств.

Особенно велико  применение радиоизотопов  в медицине  для лечения лучевой болезни. Радиоактивные излучения вызывают ионизацию атомов  и молекул органических и неорганических веществ, входящих в состав организма. Образовавшиеся ионы обладают  очень высокой  химической активностью, благодаря чему они реагируют  с молекулами  ткани. В результате этого воздействия функции ткани изменяются: нарушается обмен веществ, изменяется интенсивность  размножения клеток

Различают два способа лечения излучением: воздействие на нервную систему с целью восстановления функции какого-либо органа и непосредственное воздействие на заболевший орган, например облучение злокачественных опухолей.

Роль ядерной физики  в медицине  не ограничивается применением её методов исключительно для исследования организма , диагностики его заболевания и лечения. Не менее значительные успехи ядерной физики в и по другим так сказать  родственным направлениям. В фармакологии – это приготовление Меченных лекарств,  В эпидемиологии – получение меченных микробов, медицинском приборостроении- создание портативного прибора, заменяющего  рентгеновский аппарат, в антисептики – стерилизация медицинских инструментов и материалов

 Команда-оппонент должна опровергнуть аргументы выступавшей до

них команды и привести собственные аргументы.

Слово предоставляется команде-оппоненту.

(Выступление ритора) Переверзенцева А.:

В последние годы атомщики активно используют в своей пропаганде новый аргумент. Якобы атомная энергетика является чуть ли не единственным спасением Человечества от угрозы глобального потепления. В действительности, при работе атомного энергоблока не выбрасывается углекислый газ.

Однако говорить о вкладе атомной энергетики в сохранение стабильности климата можно лишь после многочисленных оговорок.

Возможно, что после детального расчета замена газовой ТЭЦ на АЭС значимо не поможет, а скорее усугубит проблемы антропогенного изменения климата, так как:

-отвлекает средства от развития безопасных возобновляемых источников электроэнергии;

- выбросы из труб АЭС криптона-85 увеличивают электропроводность атмосферы и, соответственно, способствует росту и интенсивности бурь, штормов, циклонов и ураганов;

- даже при увеличении числа АЭС в мире до 2000 (более чем в 4 раза, что малореально) сокращение выбросов углекислого составить не более 2% от общего выброса (и не сможет значимо повлиять);

- сокращение выбросов углекислого газа с помощью АЭС будет не очень значительное, поскольку на строительство, разборку АЭС (объемы этих энергозатрат составляют около трети всего производимого АЭС электричества за период ее эксплуатации);

- непрогнозируемое сегодня количество энергии нужно будет затратить на обращение с ОЯТ.

Говоря о дешевизне атомного электричества и экономической привлекательности АЭС, сторонники развития атомной энергии ссылаются на малый вклад стоимости ядерного топлива в формирование цены, вливание инвестиций в экономику регионов размещения АЭС при строительстве и последующие налоговые платежи в бюджеты все уровней при эксплуатации.

Однако до сих пор при расчете цены атомного электричества не учитывается стоимость ликвидации аварий и хотя бы оценочная стоимость конечного решения проблемы отработавшего ядерного топлива. Так по разным данным, затраченная (не достаточная) стоимость всех работ, компенсаций и прочих мероприятий, реализованных к настоящему времени для ликвидации последствий Чернобыльской катастрофы составляет от 200 до 500 млрд. долларов США.

Одной из уязвимых с экономической точки зрения сторон атомной энергетики является высокая стоимость установленной мощности АЭС. При этом в современном мире, Балтийский регион здесь не исключение, становится традицией значительное превышение конечной стоимости единицы установленной мощности в сравнении с заявленной перед началом строительства.

Так помимо переноса сроков ввода в эксплуатацию строящейся в Финляндии концерном Areva атомной станции «Олкилуото-3», за время строительства многократно повышалась заявленная конечная стоимость строительства АЭС. Изначально заявленная стоимость новой финской АЭС на базе европейского реактора EPR-1600 равнялась 4,1 млрд. долл. США или около 2,5 долл. за 1 кВт установленной мощности. В 2011 году концерн Areva сообщил о конечной стоимости строительства АЭС 9,1 млрд. долл. США или 5,6 долл. за 1 кВт.

Учитывая, что срок окончания строительства «Олкилуото-3» перенесен с 2011 г. на 2014 г., а также повысившиеся после аварии на «Фукусима-1» требования к безопасности реакторов, то действительно конечная стоимость установленной мощности нового европейского реактора может еще вырасти.
 Слово предоставляется членам команды оппонентов:

Волков Я.: В некоторых российских атомградах, например ЗАТО Северск, руководство города и градообразующего предприятия многие годы убеждало общественность и Правительство РФ в том, что АЭС там важно строить еще и потому, что нужно трудоустраивать высококвалифицированных специалистов, трудившихся на промышленных плутониевых реакторах двойного назначения, которые были остановлены в 2008 году. Получается, что у нас вообще переизбыток кадров атомной отрасли?

Совсем наоборот. В атомной отрасли России ощущается острый дефицит квалифицированных кадров. Средний возраст работающих на АЭС приближается к пенсионному. По информации гендиректора СХК Владимира Короткевича, в 2007 году на Сибирском химическом комбинате трудилось 4 тыс. человек с возрастом более 50 лет и 2 тыс. человек с возрастом свыше 60 лет. При этом в 2008-2009 годах с реакторного завода СХК (в состав этого подразделения входят остановленные плутониевые реакторы) планировалось уволить всего около 350 человек. И если «Росатом» выделит средства на долгосрочные работы по выводу из эксплуатации остановленных реакторов, то придется «принимать решение о стимулировании ухода на пенсию мужчин старше 65 лет»  (северский еженедельник «Новое время», 13.04.2007).

Говоря о необходимости трудоустройства якобы высвобождающихся после остановки реакторов рабочих рук, атомщики всего лишь используют легко понятный населению и руководителям страны, но ложный аргумент.

Ядерный реактор нельзя просто остановить, закрыть и уйти. Многие годы придется выводить его из эксплуатации, лишь частично сокращая обслуживающий персонал. И никакой трагедии в «стимулировании уходя на пенсию мужчин старше 65 лет» нет. Напротив, это слишком большой возраст, чтобы работать на ядерном реакторе. Вы вряд ли  найдете на французской или американской АЭС хотя бы одного работника основного производства (категория А) старше 65 лет. Либо это будут исключения из правила.

Что касается подготовки молодых атомщиков, то с этим тоже не все так гладко, как представляют атомщики в рекламных буклетах и статьях. Да, на базе Томского политехнического университета создана одна из лучших школ атомщиков. Но только выпускает эта школа слишком мало, чтобы вместе с другими вузами России обеспечить даже сегодняшние потребности в молодых специалистах-атомщиках. Да, и конкурс при поступлении на атомные специальности в последние лет пятнадцать оставляет желать лучшего. В итоге это сказывается на уровне отчислений во время обучения и качестве выпускников.

Правда, в последние годы «Росатом» и Министерство образования и науки запустили специальные программы по увеличению набора абитуриентов и подготовки специалистов для атомной промышленности. Создаются не только новые бюджетные места в профильных вузах, но внедряются новые формы привлечения выпускников школ. Так, в Томске сегодня абитуриент, выбравший одну из атомных специальностей, может получить бесплатного репетитора для подготовки к экзаменам.

Сама по себе помощь абитуриентам атомных специальностей это хорошо. Только вот становлению России на путь устойчивого развития это не поспособствует. Если уж и оплачивать репетиторов сегодняшним российским абитуриентам, то при поступлении на специальности, связанные с IT-технологиями, биотехнологиями, нанотехнологиями, возобновляемой энергетикой и эффективным использованием энергии. Это именно те направления, которые могут обеспечить развитие инновационной экономики России.

Однако вряд ли удастся кратно увеличить набор на атомные специальности и качество абитуриентов одновременно. Ведь причина непопулярности атомных специальностей по сравнению, скажем, с нефтегазовыми специальностями не в том, что мало бюджетных мест и нет бесплатных репетиторов.

Причина в большой разнице в условиях труда, заработной плате и престиже между рядовыми атомщиками и, например, рядовым юристом или газовиком. И еще у абитуриентов есть большие опасения за здоровье свое и своих будущих детей.

Открытые официальные отчеты последних лет о состоянии здоровья работников атомной отрасли радуют хорошими показателями здоровья атомщиков. Перефразируя известное: от малых доз радиации только выправка становится лучше. Но еще десять лет назад можно было прочитать нечто объективно показывающее ситуацию со здоровьем в атомной отрасли.

Каюда К.: Ниже приводятся некоторые данные, взятые из ФЦП "Медико-санитарное обеспечение современного этапа развития ядерно-энергетического комплекса и других особо опасных производств в условиях ракетного, ядерного и химического разоружения, а также конверсии разработки новых технологий в 1997-1998 годах", утвержденной постановлением Правительства России No191 от 22 февраля 1997 года и материалов Научного совета Минатома, обсудившего в декабре 1998 г. вопрос Состояние здоровья работников отрасли", («Атомпресс» № 3, январь 1999 года):

• Частота болезней костно-мышечной системы в 1997 году у работающих в контакте с ионизирующим излучением была вдвое выше, чем в среднем по России.
• Черниязова Д.:  В 1997 году уровень заболеваний крови у профессионалов Минатома был более чем в 3 раза выше, чем в среднем по России. Резко увеличилось число больных, впервые выявленных с запущенной стадией заболеваний.
• Первичная заболеваемость психическими расстройствами в атомной отрасли в 1997 году превысила средний уровень по стране.
• Распространенность врожденных аномалий среди детей, проживающих в ЗАТО, в 1995 году вдвое выше, чем в среднем по России.
• Для 80% персонала особо опасных производств Минатома характерен вторичный иммунодефицит.
• В структуре заболеваемости профессионалов первое место занимают болезни, вызванные радиоактивными веществами (45,1%).
  Рефлексируя на подобные данные первое, что противопоставляют апологеты атомной энергии, это, мол, диагностика в атомных городах и у работников атомной отрасли гораздо лучше, выявление патологий выше. Совершенная правда. Но и уровень медицинского обслуживания, в том числе профилактического лечения тоже многократно выше. И ведь более строгий контроль за состоянием здоровья атомщиков начался не 1990-ые годы. А более строгий медицинский контроль способствует улучшению показаний здоровья.

Так, или иначе, а опыт Чернобыля и многочисленные частные истории болезней рядовых атомщиков, передаваемые из уст в уста (что конечно, субъективный фактор), не сделают профессию атомщика привлекательной. Есть еще вариант привлечения специалистов – атомщиков из-за рубежа. Но лучше поостерегся приглашать работать на АЭС атомного гастарбайтера.
 Сеитмагамбетова А.:

Как бы ни хотелось, сторонникам или противникам развития атомной энергетики, а точку в обсуждении будущего атомной отрасли Балтийского региона и мира в целом ставить рано. Бесспорно одно: недопустимо полагаться только на специалистов-атомщиков, влюбленных в свое дело, и чиновников, курирующих атомную отрасль.

Слишком тяжелы для всего общества последствия принимаемых ими решений, чтобы возлагать ответственность только на них. Население и особенно организации гражданского общества должны играть в обсуждении и принятии значимых решений важную, если не ключевую роль.

Аргументы, приводимые членами обеих команд (по двум классам)

 Перед подведением итогов всем присутствующим была предложена анкета:

 Оценить по трехбалльной шкале факторы, влияющие на   безопасность применения ядерных реакций.

1. Развитие науки и техники.
2. Финансирование научных исследований в области ядерной физики.
3. Качество подготовки специалистов для этой отрасли в высших учебных заведениях.
4. Усиление контроля за  безопасностью проведения любых работ, связанных с ядерными реакциями.
5. Человеческий фактор.

 По окончании всех выступлений необходимо подвести итоги:

- зачитать выписанные на доске аргументы обеих команд;

- подвести итог всем высказываниям.

Особое внимание уделить человеческому фактору.

Итоговое слово учителя:

«В процессе проведенной конференции мы выслушали аргументы как за, так и против атомной энергии. Необходимо отметить, что развитие ядерной энергетики и применения управляемых ядерных реакций – требование времени. Ядерные реакторы в ряде случаев просто не могут быть заменены другими источниками энергии по различным причинам. Они позволяют длительное время получать большой выход энергии при минимальных размерах источника. Применение альтернативной энергетики часто невозможно по объективным причинам: климат, географическое положение, малая мощность источников и т.д. Применение управляемых ядерных реакций позволяет проводить  исследования  в различных областях науки (геология, металлургия, археология, астрономия и т.д.), выводить новые виды растений, проводить успешные медицинские исследования и лечить людей. Диапазон применения управляемых ядерных реакций очень широк, однако, нельзя забывать и об опасности, которую несет эта область. Нельзя отрицать, что использование ядерных реакций должно происходить под самым жестким контролем. Опасность, которую несут ядерные реакции, несомненна объективна, однако, необходимо вспомнить о том, что большинство аварий, происходящих в ядерной энергетике вызваны человеческим фактором, как и львиная доля происходящих аварий в любой другой области науки и техники. Надо отметить также, что в ликвидации такого рода аварий также огромную роль играет человеческий фактор. 

Тест, 2 варианта на тему «Ядерная физика»