методическая разработка по проведению урока по теме:"Ядерный реактор"
методическая разработка по физике (9 класс) на тему
урок по ядерной энергетике
Скачать:
Вложение | Размер |
---|---|
![]() | 444.41 КБ |
Предварительный просмотр:
Методическая разработка по проведению урока по теме Ядерный реактор
Цель урока: ознакомить учащихся с делением ядер урана, что позволяет получить большое количество ядерной энергии; объяснить устройство и принцип действия ядерного реактора.
Задачи:
Предметные: повторение ранее приобретенных знаний, знакомство с ядерной энергией.
Метапредметные: развитие аналитического мышления, связной речи и познавательной активности учащихся.
Личностные: развитие коммуникативных навыков, умения видеть практическую пользу знаний; привитие интереса к физике.
Тип урока: Урок изучения нового материала.
План урока
Контроль знаний | 6 мин. | 1. Строение и принцип действия камеры Вильсона. 2. Строение и принцип действия счетчика Гейгера. 3. Какие физические явления лежат в основе действия камеры Вильсона и счетчика Гейгера? |
Демонстрации | 7 мин. | 1. Видео-фрагмент «Ядерный реактор». 2. Таблица «Ядерный реактор» и «Атомная электростанция» |
Изучение нового материала | 27 мин. | 1. Деление ядер Урана. 2. Цепная ядерная реакция. 3. Ядерный реактор |
Закрепление изученного материала | 5 мин. | 1. Контрольные вопросы. 2. Учимся решать задачи |
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. Деление ядер урана
Атомные ядра, содержащие большое число нуклонов, неустойчивы и могут распадаться. 1938 г. немецкие ученые Отто Ган и Франц Штрассман наблюдали деление ядра Урана 23592U под действием медленных нейтронов. Использования нейтронов для деления ядер обусловлено их электрической нейтральностью. Отсутствие кулоновского отталкивания протонами ядра позволяет нейтронам беспрепятственно проникать в атомное ядро. Временный захват нейтрона нарушает хрупкую стабильность ядра, обусловленную тонким балансом сил кулоновского отталкивания и ядерного притяжения. Пространственные колебания нуклонов возбужденного ядра (обозначим 23692U*), которые возникают, являются неустойчивыми. Избыток нейтронов в центре ядра означает избыток протонов на периферии. Их взаимное отталкивание приводит к искусственной радиоактивности изотопа 23692U*, то есть до его разделения на ядра меньшей массы, которые называются осколками деления. Причем наиболее вероятным оказывается деление на осколки, массы которых относятся примерно как 2 : 3. Большинство крупных обломков имеют массовое число А в пределах 135-145, а мелкие от 90 до 100. В результате реакции деления ядра Урана 23592U образуются два или три нейтроны. Одна из возможных реакций деления ядра урана протекает по схеме:
Эта реакция протекает с образованием трех нейтронов. Возможна реакция с образованием двух нейтронов:
Ø Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжелого ядра, возбужденного захватом нейтрона, на две приблизительно равные части, называемые осколками деления.
Энергия, выделяющаяся при делении ядра, имеет электростатическое, а не ядерное происхождение. Большая кинетическая энергия, которую имеют обломки, возникает вследствие их кулоновского отталкивания. При полном делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется столько энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5 т нефти.
2. Цепная ядерная реакция
Любой из нейтронов, вылетающий из ядра в процессе деления, может в свою очередь вызвать деление соседнего ядра, которое также испускает нейтроны, способные привести к дальнейшему делению. В результате число ядер, которые делятся, очень быстро увеличивается. Возникает цепная реакция.
Ø Цепной ядерной реакцией называется реакция, в которой нейтроны образуются как продукты этой реакции.
Суть этой реакции заключается в том, что испущенные при делении одного ядра N нейтронов могут вызвать деление N ядер, в результате чего будет выпущено N2 новых нейтронов, которые предопределяют разделение N2 ядер, и тому подобное. Следовательно, число нейтронов, рождающихся в каждом поколении, нарастает в геометрической прогрессии. В целом процесс
имеет лавинообразный характер, протекает очень быстро и сопровождается выделением огромного количества энергии.
Для осуществления цепной реакции нельзя использовать любые ядра, делящиеся под влиянием нейтронов. Через ряд причин из ядер, встречающихся в природе, пригодны до этого лишь ядра изотопов Урана с массовым числом 292, то есть 23592U.
3. Ядерный реактор
Цепную ядерную реакцию ученые и инженеры смогли сделать управляемой: для этого необходимо было обеспечить, чтобы количество ядер, делящихся в единицу времени оставалась постоянной. Впервые управляемая цепная реакция деления ядер урана была осуществлена в 1952 г. в США под руководством итальянского физика Энрико Ферми.
Ø Ядерным реактором называется устройство, в котором выделяется тепловая энергия в результате управляемой цепной реакции деления ядер.
Для выполнения управляемой цепной реакции наиболее эффективными являются медленные нейтроны, кинетическая энергия которых в десятки раз меньше, чем энергия нейтронов, вылетающих при делении ядер. Поэтому возникает потребность в замедлителе нейтронов. Лучшим замедлителем является тяжелая вода. Обычная вода сама захватывает нейтроны и превращается в тяжелую воду. Хорошим замедлителем считается также графит, ядра которого не поглощают нейтроны.
Чтобы количество ядер урана, делящихся в единицу времени, оставалась постоянной, необходимо, чтобы оставалось постоянным и число медленных нейтронов. Если их количество начнет увеличиваться, это грозит атомным взрывом, а если начнет уменьшаться — реакция «погаснет».
Чтобы обеспечить постоянство числа нейтронов, используют поглотители нейтронов — вещества, ядра которых эффективно поглощают нейтроны. Хорошими поглотителями нейтронов являются кадмий и бор. Из них изготовляют регулирующие стержни, вводимые в рабочее пространство ядерного реактора: изменяя глубину погружения этих стержней, можно изменять число ядер урана, которые делятся ежесекундно.
Чтобы в образце урана могла происходить цепная ядерная реакция, его масса должна быть достаточно большой. Это необходимо для того, чтобы нейтроны, испускаемые при делении ядер, не вылетали сразу же за пределы образца, а вызывали новые реакции деления.
Ø Наименьшую массу вещества, что делится и при которой возможна цепная ядерная реакция, называют критической массой.
Для шарообразного образца чистого урана 23592U критическая масса равна примерно 50 кг. Однако ее можно уменьшить в десятки раз, используя замедлители нейтронов и окружая образец берилієвою оболочкой — она отражает нейтроны, вылетающие в зону реакции, увеличивая их путь в образце.
На рисунке изображена схема устройства атомной электростанции (АЭС) с ядерным реактором на медленных нейтронах.
Ядерное топливо располагается в активной зоне в виде вертикальных стержней, называемых тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ). Активная зона окружена отражателем и толстой защитной оболочкой из железобетона .
Реактором управляют с помощью регулирующих стержней , изготовленных из поглотителя нейтронов.
Тепло с горячей активной зоны реактора выводится теплоносителем (например, водой). Теплоноситель первого контура передает тепло в парогенератор , превращая воду в пар под высоким давлением, и потом снова возвращается в активную зону. Пар, образовавшийся в парогенераторе, вращает турбину , соединенную с генератором электроэнергии . Отработавший пар конденсируется в конденсаторе, откуда вода снова поступает в парогенератор.
Главное преимущество АЭС заключается в том, что для их работы необходимо очень малое (по массе) количество топлива по сравнению с тепловыми электростанциями. Кроме этого, запасы ядерного топлива достаточно велики: по разным оценкам его может хватить на несколько веков.
АЭС, что нормально функционируют, загрязняют окружающую среду значительно меньше, чем тепловые электростанции.
Вопросы к учащимся в ходе изложения нового материала
· Почему нейтроны оказываются наиболее удобными участками для бомбардировки атомных ядер?
· Что происходит при попадании нейтрона в ядро Урана?
· Почему во время деления ядер Урана выделяется энергия?
· В чем заключается управление ядерной реакцией?
· Для чего нужно, чтобы масса каждого уранового стержня была меньше критической массы?
· Для чего нужны регулирующие стержни? Как ими пользуются?
· Для чего в ядерном реакторе используется замедлитель нейтронов?
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА
1). Качественные вопросы
1. Сгорает кусок бумаги. Или горения является цепной реакцией? Химической или ядерной?
2. Какие преобразования энергии происходят в ядерном реакторе?
3. Что общего в ядерном реакторе и паровом котле?
2). Учимся решать задачи
1. Ядро урана 23592U поглощает один нейтрон и делится на два обломка и четыре нейтроны. Один из осколков — ядро 13755Cs. Ядром которого изотопа является второй осколок?
2. Напишите цепочку ядерных превращений ядра Урана 23892U, захватившего нейтрон, в Плутоний 23994Рu, учитывая то, что все ядра, которые вновь образуются, является бета-радиоактивными, то есть подвергаются радиоактивному распаду с испусканием электрона.
Решение:
Что мы узнали на уроке
· Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжелого ядра, возбужденного захватом нейтрона, на две приблизительно равные части, называемые осколками деления.
· Цепной ядерной реакцией называется реакция, в которой нейтроны образуются как продукты этой реакции.
· Ядерным реактором называется устройство, в котором выделяется тепловая энергия в результате управляемой цепной реакции деления ядер.
· Наименьшую массу вещества, что делится и при которой возможна цепная ядерная реакция, называют критической массой.
Домашнее задание
1. Подр.: § 36.
2. Зб.: № 18.1; 18.2; 18.3; 18.4; 18.5.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
![](/sites/default/files/pictures/2015/01/11/picture-562042-1420966781.jpg)
Методическая разработка для проведения занятия по теме «Решение систем линейных уравнений методом Крамера»
Тема урока: Способы решения линейных систем уравненийТип урока: урок первичного ознакомления с материаломДлительность: 1 час 20 мин.Технология - развитие критического мышления через чтение и письмоЦел...
Методическая разработка к проведению занятия по теме "Первая помощь при ДТП"
В методической разработке рассматриваются вопросы последовательности действий при оказании первой помощи пострадавшим при ДТП....
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ Тема: Теория электролитической диссоциации. Дисциплина: ОУДп.02. Химия
В медицине широко применяются все неорганические вещества, их растворы обладают терапевтическими свойствами и используются для лечения множества заболеваний нашего организма. Они способны подде...
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ Тема: ГИДРОЛИЗ Дисциплина: ОУДп.02. Химия
Данная методическая разработка предназначена для проведения учебного занятия по теме « Гидролиз» в соответствии с рабочей программой по учебной дисциплине «ОУДп.02. Химия» для ...
![](/sites/default/files/pictures/2018/11/18/picture-472947-1542566017.jpg)
Методические разработки для проведения урока технологии по теме "Вышивка атласными лентами" 7 класс
Материалы содержат: технологическую карту урока, интерактивную презентацию к уроку, инструкционную карту поэтапного изготовления вышивки розы атласными лентами, лист самоконтроля для учащихся и прилож...
![](/sites/default/files/pictures/2020/02/13/picture-1218871-1581620712.jpg)
Методическая разработка по проведению урока-систематизации материала в 5 классе по теме "У нас сегодня гости"
Методическая разработка имеет цель закрепить лингвострановедческие, лексические и грамматические знания в области испанского языка посредством игровых ситуаций, развития умений работы в малых группах,...
![](/sites/default/files/pictures/2019/05/02/picture-1141315-1556781372.jpg)
Методическая разработка по проведению урока физики Тема: «Решение задач на применение законов Ньютона»
Цель написания методической разработки: совершенствование методики проведения урока физики по теме «Законы Ньютона» подчеркнуть большое познавательное и м...