Внеклассное мероприятие по физике "Чернобыльская АЭС"
методическая разработка по физике на тему

Внеклассное мероприятие по физике "26 лет аварии на Чернобылькой АЭС"

Ильичев Александр Николаевич, учитель физики

Основные термины: атомная энергетика, «АЭС», «радиация», Чернобыльская Зона, МАГАТЭ (Международное АГенство по АТомной Энергии), ОЗР (оперативный запас реактивности), УСП (укороченный стержень поглотитель), РР (ручное регулирование), АЗ (аварийная защита), РБМК (реактор большой мощности канальный).

Цели урока:

• Рассмотрение проблемы использования атома в мирных целях и преодоления возможных кризисных моментов.
• Демонстрация на примере Чернобыля, что к техногенным катастрофам приводит не только сбой в технике, в механизмах, но и неверные действия персонала, других сотрудников АЭС
• Развитие в учащихся чувства ответственности за судьбу своей страны, своих соотечественников, понимание того, что каждый человек должен подходить к выполнению своей работы качественно и серьезно.

Задачи урока:

• воспитание учащихся не только на основе положительных примеров из истории нашей Родины, но и на примере неудач и катастроф;
• работа над умением анализировать, обобщать информацию и делать выводы;
• актуализация знаний, полученных на уроках географии, физики, химии, ОБЖ, экологии по данной теме.
• проведение обсуждения необходимости развития атомной энергетики

Оборудование:

• Компьютер
• Экран
• Мультимедийнный проектор
• Таблицы, плакаты

Комментарии к слайдам

Слайд 1

«Недалеко то время, когда человек получит в свои руки атомную энергию… такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет... Сумеет ли человек воспользоваться этой силой, направить её на добро, а не на самоуничтожение?» (В.И.Вернадский. 1922 год)

Слайд 2. Чернобыльская АЭС

Чернобыльская авария — разрушение 26 апреля 1986 года четвёртого энергоблока Чернобыльской атомной электростанции, расположенной на территории Украины (в то время — Украинской ССР). Разрушение носило взрывной характер, реактор был полностью разрушен, и в окружающую среду было выброшено большое количество радиоактивных веществ. Авария расценивается как крупнейшая в своём роде за всю историю ядерной энергетики, как по предполагаемому количеству погибших и пострадавших от её последствий людей, так и по экономическому ущербу. 
В отличие от бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, взрыв напоминал очень мощную «грязную бомбу» — основным поражающим фактором стало радиоактивное заражение. Радиоактивное облако от аварии прошло над европейской частью СССР, Восточной Европой и Скандинавией. Примерно 60 % радиоактивных осадков выпало на территории Белоруссии.

Слайд 3. Выброс в окружающую среду

Ко времени аварии на ЧАЭС использовались четыре реактора РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт (тепловая мощность 3200 МВт) каждый. Ещё два аналогичных реактора строились. ЧАЭС производила примерно десятую долю электроэнергии Украины.
Примерно в 1:24 26 апреля 1986 года на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС произошёл взрыв, который полностью разрушил реактор. В результате аварии произошёл выброс в окружающую среду радиоактивных веществ, в том числе изотопов урана, плутония, иода-131 (период полураспада 8 дней), цезия-134 (период полураспада 2 года), цезия-137 (период полураспада 33 года), стронция-90 (период полураспада 28 лет).

Слайды 4-6. Хронология событий

На 25 апреля 1986 года была запланирована остановка 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС для очередного планово-предупредительного ремонта. 
Испытания должны были проводиться на мощности 700—1000 МВт (тепловых) 25 апреля 1986 года. Примерно за сутки до аварии (к 3ч 47 мин. 25 апреля) мощность реактора была снижена примерно до 50 % (1600 МВт). В соответствии с программой, отключена система аварийного охлаждения реактора. Однако дальнейшее снижение мощности было запрещено диспетчером (в 23 часа.)

В течение примерно двух часов мощность реактора была снижена до уровня, предусмотренного программой (около 700 МВт тепловых), а затем, по неустановленной причине, до 500 МВт. В 0 ч 28 мин при переходе с системы локального автоматического регулирования (ЛАР) на автоматический регулятор общей мощности (АР) оператор  не смог удержать мощность реактора на заданном уровне, и мощность провалилась (тепловая до 30 МВт и нейтронной до нуля)Персонал принял решение о восстановлении мощности реактора и (извлекая поглощающие стержни реактора) через несколько минут добился начала её роста и в дальнейшем — стабилизации на уровне 160—200 МВт (тепловых). Соответственно стержни ручного регулирования (РР) продолжали извлекаться.

После достижения 200 МВт тепловой мощности были включены дополнительные главные циркуляционные насосы, и количество работающих насосов было доведено до восьми. Дополнительное увеличение расхода теплоносителя через реактор привело к уменьшению парообразования. Кроме этого, расход относительно холодной питательной воды оставался небольшим, соответствующим мощности 200 МВт, что вызвало повышение температуры теплоносителя на входе в активную зону, и она приблизилась к температуре кипения.

В 1:23:04 начался эксперимент.

Слайды 7-8. Причины аварии

Официально имеется 2 объяснения причин аварии Чернобыльской АЭС и несколько альтернативных неофициальных версий. Вначале считалось, что причиной аварии является человеческий фактор (виноват персонал АЭС). Такой версии придерживалась и Государственная комиссия, которая занималась расследованием причин аварии, и суд, и КГБ Советского Союза, и МАГАТЭ. Согласно данной версии персонал атомной электростанции грубо нарушил правила ее эксплуатации. Во-первых, он проводил данный эксперимент, не обращая внимания на очевидные изменения в состоянии реактора. Например, не учитывался тот факт, что вышел из рабочего состояния технологических защит, которые должен был остановить реактор до его попадания в опасный режим. Руководство АЭС также замалчивало масштабы катастрофы в первые дни. Но через несколько лет появились другие версии причин Чернобыльской аварии, которые придерживалось и МАГАТЭ. В одна тысяча девятьсот девяносто третьем году Консультативным комитетом по вопросам ядерной безопасности был опубликован отчёт, в котором основной причиной аварии были названы недостатки в конструкции самого реактора.

Слайд 9. Послеаварийные мероприятия

После аварии в срочном порядке (первичные уже в мае 86г) были осуществлены следующие мероприятия:

* Указание держать ОЗР (оперативный запас реактивности) на полупогруженных стержнях.

* Установка до 30 ДП (дополнительных поглотителей) в активную зону. Позже это число увеличили до 80-90.

* Увеличение минимально-допустимого ОЗР до 30 ст. РР (ручное регулирование) (вместо 15 ст. РР до аварии)
Заведение сигнала АЗ-5 на УСП (укороченный стержень поглотитель).

* появился запрет на одновременное включение 8 ГЦН.

* Выполнен «самоподхват» кнопки АЗ-5 (аварийная защита).

* Увеличение числа стержней УСП.

* Увеличение быстродействия АЗ с 18 до 12 сек.

* запрет на работу на мощности меньше 700 Мвт(т).

* внедрение быстродействующей аварийной защиты (БАЗ), заглушающей реактор за 2 сек, а не 12-18 сек. (1988-1989г.)

Слайд 10-11. Ошибки операторов

• Снижение оперативного запаса реактивности существенно ниже допустимого значения;
• -- Провал мощности реактора существенно ниже запланированного программой;
• -- Включение в работу всех главных циркуляционных насосов (ГЦН) ;
• -- Блокировка защиты реактора по сигналу остановки двух турбогенераторов;
• -- Блокировка защиты по уровню воды в барабанах-сепараторах (БС);
• -- Блокировка защиты по давлению пара в БС;
• -- Отключение системы аварийного расхолаживания

Таким образом, наиболее существенными ошибками оперативного персонала следует назвать:

•  трактовка предполагаемых испытаний как электрических
• ненадлежащая подготовка программы испытаний, в том числе в части регламентации мер безопасности
• существенные отклонения от программы на стадии подготовки к эксперименту и его проведения
• отключение систем безопасности, в том числе аварийных защит реактора

Слайды 12-13. Схема реактора

В регламенте записано: "При снижении оперативного запаса реактивности до 15 стержней реактор должен быть немедленно заглушен". Однако 25 апреля, в 7 часов 10 минут, менее чем за сутки до катастрофы, в реакторе оставили всего 13,2 стержня. Ситуацию исправили только через 7 часов. За это время на дежурство заступила новая смена, но никто так и не поднял тревогу. Как будто все было в порядке, "...у нас неоднократно было менее допустимого количества стержней — и ничего, — свидетельствовал потом Игорь Казачков, работавший 25 апреля начальником дневной смены 4-го блока. — Никто из нас не представлял, что это чревато ядерной аварией. Мы знали, что делать этого нельзя, но не думали...

"К 01 часу 22 минутам 30 секундам количество "эффективных" стержней уменьшилось до 6—8. В момент взрыва, по некоторым оценкам, их осталось не больше двух. Когда из активной зоны было выведено слишком много стержней, предотвратить катастрофу могло только чудо. Чуда, увы, не произошло.

Слайды 14-15. Последствия аварии

Основными единицами измерения радиоактивности являются (в системе "Си"):
Беккерель (Бк) - единица активности нуклида в радиоактивном источнике. 1Бк соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида.
Грей (Гр) - единица поглощенной дозы, т.е. количество энергии поглощенной единицей массы. 1Гр = 1Дж/1кг.
Зиверт (Зв) - единица эквивалентной дозы, т.е. поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткань организма.
Широко распространены внесистемные единицы:
Кюри (Ки) - соответствует радиоактивности одного грамма радия.
1Ки = 3,7 10^10Бк.
Рад (рад) - единица поглощенной дозы облучения.
1 рад = 0,01 Гр.
Бэр (бэр) - единица эквивалентной дозы облучения.
1 Бэр = 0,01 Зв.
Иногда используют Рентген (Р); 1Р = 1рад.

Непосредственно во время взрыва на четвёртом энергоблоке погиб только один человек, ещё один скончался утром от полученных травм. Впоследствии, у 134 сотрудников ЧАЭС и членов спасательных команд, находившихся на станции во время взрыва, развилась лучевая болезнь, 28 из них умерли в течение следующих нескольких месяцев.
В 1 : 24 ночи на пульт дежурного по охране ЧАЭС поступил сигнал о возгорании. Всего принимало участие в тушении пожара 69 человек личного состава и 14 единиц техники. Наличие высокого уровня радиации было достоверно установлено только к 3 : 30, так как из двух имевшихся приборов на 1000 рентген в час один вышел из строя, а другой оказался недоступен из-за возникших завалов. Поэтому в первые часы аварии были неизвестны реальные уровни радиации в помещениях блока и вокруг него. Неясным было и состояние реактора.
Пожарные не дали огню перекинуться на третий блок (у 3-го и 4-го энергоблоков единые переходы). Вместо огнестойкого покрытия, как было положено по инструкции, крыша машинного зала была залита обычным горючим битумом. Примерно к 2 часам ночи появились первые поражённые из числа пожарных. У них стала проявляться слабость, рвота, «ядерный загар». Помощь им оказывали на месте, в медпункте станции, после чего переправляли в городскую больницу Припяти. 27 апреля первую группу пострадавших из 28 человек отправили самолетом в Москву, в 6-ю радиологическую больницу. Практически не пострадали водители пожарных автомобилей.
При выполнении этих работ многие сотрудники станции получили большие дозы радиации, а некоторые даже смертельные.

Слайд 16. Информирование населения

Первое официальное сообщение было сделано по телевидению 28 апреля. 
После оценки масштабов радиоактивного загрязнения стало понятно, что потребуется эвакуация города Припять, которая была проведена 27 апреля. В первые дни после аварии было эвакуировано население 10-километровой зоны. В последующие дни было эвакуировано население других населённых пунктов 30-километровой зоны. Запрещалось брать с собой вещи, многие были эвакуированы в домашней одежде. Чтобы не раздувать панику, сообщалось, что эвакуированные вернутся домой через три дня. Домашних животных с собой брать не разрешали, впоследствии из числа военных и местных охотников были сформированы отряды по отстрелу брошенных домашних, а также диких животных.
Безопасные пути движения колонн эвакуированного населения определялись с учётом уже полученных данных радиационной разведки. Несмотря на это, ни 26, ни 27 апреля жителей не предупредили о существующей опасности и не дали никаких рекомендаций о том, как следует себя вести, чтобы уменьшить влияние радиоактивного загрязнения.

Слайд 17. Ликвидация последствий аварии

В первые дни основные усилия были направлены на снижение радиоактивных выбросов из разрушенного реактора и предотвращение ещё более серьёзных последствий. Например, существовали опасения, что из-за остаточного тепловыделения в топливе, остающемся в реакторе, произойдёт расплавление активной зоны ядерного реактора. Расплавленное вещество могло бы проникнуть в затопленное помещение под реактором и вызвать ещё один взрыв с большим выбросом радиоактивности. Вода из этих помещений была откачана. Также были приняты меры для того, чтобы предотвратить проникновение расплава в грунт под реактором. Затем начались работы по очистке территории и захоронению разрушенного реактора. Вокруг 4-го блока был построен бетонный «саркофаг» (т.н. объект «Укрытие»). Так как было принято решение о запуске 1-го, 2-го и 3-го блоков станции, радиоактивные обломки, разбросанные по территории АЭС и на крыше машинного зала были убраны внутрь саркофага или забетонированы. В помещениях первых трёх энергоблоков проводилась дезактивация. Строительство саркофага было завершено в ноябре 1986 года. Работы над саркофагом не обошлись без человеческих жертв: 2 октября 1986 года возле 4-го энергоблока, зацепившись за подъемный кран, потерпел катастрофу вертолёт Ми-8, экипаж из 4 человек погиб.

Слайды 18-19. Долговременные последствия

Карта радиоактивного загрязнения нуклидом цезий-137:              

        закрытые зоны (более 40 Ки/км²)

             зоны постоянного контроля (15—40 Ки/км²)

             зоны периодического контроля (5—15 Ки/км²)

             1—5 Ки/км²

С точки зрения воздействия на население в первые недели после аварии наибольшую опасность представлял радиоактивный иод, имеющий сравнительно малый период полураспада (восемь дней) и теллур. В настоящее время (и в ближайшие десятилетия) наибольшую опасность представляют изотопы стронция и цезия с периодом полураспада около 30 лет. Наибольшие концентрации цезия-137 обнаружены в поверхностном слое почвы, откуда он попадает в растения и грибы. Загрязнению также подвергаются насекомые и животные, которые ими питаются. Радиоактивные изотопы плутония и америция сохранятся в почве в течение сотен, а возможно и тысяч лет, однако их количество невелико. Тем не менее, некоторые эксперты считают, что проблемы, связанные с загрязнением трансурановыми элементами, требуют дополнительного изучения

Слайд 20. Влияние различных изотопов на радиоактивное загрязнение после аварии

Значительному загрязнению подверглись леса. Из-за того, что в лесной экосистеме цезий постоянно рециркулирует, а не выводится из неё, уровни загрязнения лесных продуктов, таких как грибы, ягоды и дичь, остаются опасными. Уровень загрязнения рек и большинства озёр в настоящее время низкий. Однако в некоторых «замкнутых» озёрах, из которых нет стока, концентрация цезия в воде и рыбе ещё в течение десятилетий может представлять опасность.

Слайд 21.Влияние аварии на здоровье людей

Рост числа детей с врожденными пороками развития после чернобыльской катастрофы.

Слайд 22. Дозы облучения

Наибольшие дозы получили примерно 1000 человек, находившихся рядом с реактором в момент взрыва и принимавших участие в аварийных работах в первые дни после него. Эти дозы варьировались от 2 до 20 грэй (Гр) и в ряде случаев оказались смертельными.
Большинство ликвидаторов, работавших в опасной зоне в последующие годы, и местных жителей получили сравнительно небольшие дозы облучения на всё тело. Для ликвидаторов они составили, в среднем, 100 мЗв, хотя иногда превышали 500. Дозы, полученные жителями, эвакуированными из сильно загрязнённых районов, достигали иногда нескольких сотен миллизиверт, при среднем значении, оцениваемом в 33 мЗв. Дозы, накопленные за годы после аварии, оцениваются в 10—50 мЗв для большинства жителей загрязнённой зоны, и до нескольких сотен для некоторых из них.
Для сравнения, жители некоторых регионов Земли с повышенным естественным фоном (например, в Бразилии, Индии, Иране и Китае) получают дозы облучения, равные примерно 100—200 мЗв за 20 лет.
В настоящее время большинство жителей загрязнённой зоны получает менее 1 мЗв в год сверх естественного фона.

Слайды 23-26. Заболевания

Общество "Гринпис" и МО "Врачи против ядерной войны" говорят о 10000 пострадавших среди ликвидаторов аварии. Они также утверждают, что в результате аварии в Европе появились десять тысяч новорождённых с уродствами, зафиксированы десять тысяч случаев рака щитовидной железы и предупреждают о еще пятидесяти тысячах. Организация Союз "Чернобыль" опубликовала информацию, о том, что из шестисот тысяч ликвидаторов десять процентов умерло и сто шестьдесят пять тысяч человек стали инвалидами.

Слайды 27-32. Демонстрационные слайды

Завершение урока: подведение итогов, обсуждение, сессия вопросов и ответов.

Трагедия в Чернобыле доказала необходимость повышения уровня знаний и улучшения качества подготовки персонала в области атомной энергетики. 
Атомная энергетика – это деликатный, высокотехнологичный инструмент получения электроэнергии и ядерно-опасное производство. Поэтому, если атомной энергетикой будут руководить на любом уровне не профессионально подготовленные специалисты-атомщики, люди без должной квалификации, то новые АЭС лучше не строить, а уже построенные закрыть. Чтобы не повторить ошибку 1986 года. И в этом видится первый и главный урок Чернобыльской аварии.

Использованные ресурсы:

1. “Чернобыль: события и уроки”. Под ред. Е. И. Игнатенко, М., 1989.
2. “Зарево над Припятью”, В. С. Губарев, М., 1987.
3. http://ru.wikipedia.org/
4. http://festival.1september.ru/