Методическая разработка на тему: Приемы работы на уроках физики для реализации военной направленности преподавания предмета с целью повышения качества образования

3. Содержание экскурсии: суворовцы посещают центр общественных связей, где знакомятся с макетом атомной станции, макетом ядерного реактора и моделью, демонстрирующей цепную ядерную реакцию; на станции посещают 1 и 2 блоки АЭС и главный пульт управления станции; выясняют, каково влияние станции на окружающую среду, какие работы проводятся по охране природы. 4. Подведение итогов экскурсии: обобщить сведения, полученные в ходе экскурсии и принять участие в конференции «Радиация – благо или зло?»; изготовить модель, демонстрирующую цепную ядерную реакцию; этот материал в соответствующей форме используется в дальнейшем для выпуска газет, альбомов, рефератов. АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ – ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ С ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ Атомные электростанции представляют собой, по сути дела, тепловые электростанции, на которых для получения пара или горячего газа (рабочего тела паро- или газотурбинных агрегатов) используется тепловая энергия, выделяющаяся в ядерном реакторе в результате ядерной цепной реакции. Вещество, используемое в ядерных реакторах для осуществления ядерной цепной реакции, называется ядерным топливом. Единственным природным ядерным топливом является уран, представляющий собой смесь двух изотопов: U-238 - (99,3%) и U-235 - (0,7%). Изотоп U-238 (уран-238) может поглощать быстрые нейтроны (скорость 107 м/с, энергия более 1 МэВ) и после цепочки -распадов превращаться в Рu-239 (плутоний-239). Изотоп U-235 (уран-235) активно поглощает медленные нейтроны (скорость 2.103 м/с, энергия около 0,025 эВ) и делится на большие осколки (например, ядра Sr-94 и Хе-140) и два-три вторичных нейтрона, способных вызвать новые реакции деления. Так возникает цепная реакция. Изотоп уран-235 является ядерным горючим. Однако ввиду низкого процентного содержания этого изотопа в природном уране последний необходимо обогащать, доводя содержание урана-235 до 2-5%. В некоторых ядерных реакторах используется вторичное ядерное горючее - несуществующие в природе ядра плутония Рu-239 (образуются из «сырьевых» ядер U-238) или урана U-233 (образуются из «сырьевых» ядер тория Th-232) Поскольку при делении ядер испускаются быстрые вторичные нейтроны урана-235, для поддержания цепной реакции их необходимо замедлить, что осуществляется с помощью специальных замедлителей - веществ, обладающих способностью сильно тормозить нейтроны, практически их не поглощая (графит, тяжелая вода). В озможен различный ход цепной реакции деления урана-235 (отличие - в образующихся осколках), например, такой: Радиоактивные ядра теллура-137 и циркония-97 в результате серии -распадов превращаются соответственно в ядра стабильных изотопов бария Ва-137 и молибдена Мо-97. В реакции деления ядер урана-235 выделяется энергия порядка 200 МэВ на один акт деления. С учетом потери энергии, уносимой нейтринным излучением, реально выделяется энергия, равная примерно 20 МВт.ч на 1 г ядерного горючего. Отметим, что именно высокая эффективность определяет основное преимущество АЭС с точки зрения использования первичных энергоресурсов, поскольку такое количество энергии может быть получено при сжигании 2,5 т каменного угля (с характеристиками условного топлива). Реальные цифры расхода исходного ядерного сырья, необходимого для работы АЭС, иные. Принципиальная схема превращения внутриядерной энергии в электрическую на атомной электростанции показана на рис. 15. Главную часть АЭС составляет ядерный реактор 1, например, уран-графитовый водяного типа, в котором ядерным горючим является обогащенный уран, замедлителем нейтронов - графит, а теплоносителем - вода. Основными частями ядерного реактора любого типа являются: активная зона А, где находится ядерное топливо, протекает управляемая цепная реакция ядерного деления и выделяется энергия; отражатель нейтронов Б, окружающий активную зону; оболочка В биологической защиты от нейтронного и -излучения, обычно выполненная из бетона с железным наполнителем. Ядерное топливо в реакторе размещено в тепловыделяющих элементах - ТВЭЛах-2, - представляющих собой, как правило, металлические или карбидные пеналы, содержащие U-235. В состав реактора также входят блоки замедлителя 3 из графита и регулирующие стержни 4 из бора или кадмия, сильно поглощающие нейтроны (введение этих стержней, в активную зону реактора подавляет цепную реакцию, а выведение, наоборот, активизирует). В активной зоне реактора находится система труб, по которым прокачивается теплоноситель (вода) 5, поглощающий энергию, выделяемую при ядерной реакции. Эта вода, находящаяся под давлением 100 атм, нагревается до 270 °С и поступает в парогенератор 6, где отдает большую часть своей внутренней энергии воде второго контура 9, и с помощью насоса 7 вновь попадает в активную зону реактора. Вода второго контура в парогенераторе превращается в пар 8, поступающий в паровую турбину 10, приводящую в действие генератор 11. Через распределительное устройство (трансформаторы) и линии электропередачи (ЛЭП) 12 электрическая энергия поступает к потребителю. Прошедший через турбину пар в конденсаторе 13 превращается в воду, которая насосом подается в парогенератор. Охлаждение пара в конденсаторе осуществляется холодной водой 14 третьего контура, которая через заборное устройство 16 поступает из водоема 15. Пройдя конденсатор, вода третьего контура либо сбрасывается в водоем 17, либо частично вновь возвращается в систему охлаждения, пройдя через градирни (как на ТЭС). Кстати, пейзаж с «кувшинами» - градирнями так же характерен для многих атомных электростанций, как и для ТЭС или ТЭЦ. Тепловые потери АЭС в 1,5 раза больше, чем ТЭС аналогичной мощности, поэтому тепловой коэффициент полезного действия атомных электростанций невелик (20-25%), и их работа сопровождается сбросом огромного количества теплоты в воздух и воду. Т епловое загрязнение изменяет климат региона, где расположена АЭС: увеличивается влажность воздуха, особенно в осенне-зимний период, что неблагоприятно влияет на здоровье людей (растет число заболеваний эндемического характера), на состояние посевов, лесов, зданий и сооружений, в том числе распределительных устройств и ЛЭП. Повышение температуры естественных водоемов, куда сбрасываются теплые воды из систем охлаждения атомных станций, наносит ущерб водной биоте, прежде всего рыбам: при повышении температуры воды снижается концентрация растворенного в ней кислорода, что угнетает развитие рыбной молоди, приводит к гибели рыб. Так, после завершения строительства двух (из четырех) блоков Игналинской АЭС в Литве (1985 г.) температура воды в Игналинском озере повысилась на 8°, и работы по расширению станции были прекращены. С другой стороны, происходит бурное развитие синезеленых водорослей, что способствует эвтрофикации водоемов. Влияние выделений синезеленых водорослей на здоровье людей полностью еще не изучено, но может быть достаточно опасным, во всяком случае использование такой воды для питьевого водоснабжения нежелательно. В последнее время появились новые объекты атомной энергетики - атомные станции теплоснабжения (ACT). В Советском Союзе на последний год его существования было намечено строительство 15 таких станций, в том числе в таких российских городах, как Воронеж, Горький (Нижний Новгород), Ярославль. Ввиду больших затрат на сооружение теплотрасс размещение ACT намечалось практически в черте городов. Так, строительная площадка Воронежской ACT расположена всего в 5 км от города. Строительство этой ACT могло бы решить проблему теплоснабжения 800-тысячного города, позволило бы закрыть около 300 маломощных котельных, работающих на органическом топливе, и сэкономить примерно 700 тыс. т условного топлива в год. Однако до сих пор нет обоснованной оценки экономической целесообразности такого строи­тельства. По некоторым расчетам, улучшение теплоизоляции трубопроводов может на 30-40% уменьшить утечку тепла, что эквивалентно почти удвоению номинальной мощности ACT. Кроме того, возникают серьезные проблемы безопасности таких сооружений. По этим и другим причинам строительство большинства ACT в настоящее время приостановлено, а по остальным ведутся острые дискуссии, в ходе которых тщательно взвешиваются все «за» и «против». Точное количество объектов атомной энергетики в мире до сих пор неизвестно. По подсчетам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), в 24 странах сейчас действует около 400 атомных электростанций, главное назначение которых - промышленное производство электрической энергии. Эти станции обеспечивают 16,7% мирового производства электрической энергии, что составляет 1854 млрд кВт-ч (по данным на 1990 г.). Доля атомной энергетики в общем энергобалансе стран, в которых производство электроэнергии на АЭС превышает 100 млрд кВт-ч, такова: Франция - 75%, Германия - 34%, Япония -28%, США - 19%, Россия - 11%. На территории России расположены 9 наиболее крупных атомных электростанций из числа построенных в свое время в СССР: Курская, Тверская, Нововоронежская, Ленинградская, Балаковская (в Поволжье), Белоярская (на Урале), на Кольском полуострове, Билибинская ACT. Как видно, подавляющая часть их расположена в европейской части России, в том числе самая крупная - Курская - мощностью 4000 МВт. О том, что ядерные превращения могут стать источником огромной энергии, ученым стало ясно уже спустя несколько лет после открытий А.Беккереля и П.Кюри. Так, в 1910 г. В.И.Вернадский в докладе на общем собрании Академии наук говорил, что человечество, научившись в будущем управлять процессами атомного распада, получит в свои руки такой мощный источник энергии, какого раньше не знало. Но в 1922 г. он же предупреждал, что время овладения атомной энергией близко, и главный вопрос заключается в том, как человечество употребит этот колоссальный источник энергии, - для роста своего благосостояния или для самоуничтожения. Как известно, использование атомной энергии началось с создания оружия массового уничтожения. Ядерные реакторы стали строить в 40-е гг. с целью получения взрывчатки - плутония-239 - для атомной, а затем и водородной бомб. Первый такой реактор был построен в 1942 г. в США под руководством итальянского физика Э. Ферми. Первый европейский реактор для тех же целей был создан в декабре 1946 г. в Москве под руководством И.В. Курчатова. Для атомного оружия требовались десятки тонн плутония-239. Одну тонну этой взрывчатки в год давал ядерный реактор на медленных нейтронах мощностью 1000 МВт (такую мощность имеет один блок обычной АЭС типа Чернобыльской - на Припяти). В обстановке холодной войны, противостояния двух мировых держав - США и СССР, гонки вооружений вопрос о стоимости ядерных объектов отходил на второй план, строительство и эксплуатация ядерных реакторов велись в условиях мощных государственных дотаций и в обстановке строгой секретности. При этом вопросам радиоактивной безопасности и уничтожения радиоактивных отходов (РАО), получающихся в процессе производства ядерной взрывчатки, должного внимания, как правило, не уделялось. Параллельно с созданием всесокрушающего оружия ядерные державы начали проводить научно-технические исследования в области создания атомных электростанций. Первая в мире АЭС была пущена в 1954 г. в СССР. Она имела мощность 5 МВт, потребляя в сутки 30 г ядерного горючего (на тепловой станции такой же мощности расходуется 100 т угля в сутки), и кпд 16%. В 60-е гг. началось строительство АЭС и в США, и к 1975 г. они вырабатывали уже около 9% всей производимой в стране электроэнергии. Затем и другие промышленно развитые страны стали осуществлять собственные программы развития АЭС. В те годы в США намечалось построить несколько сот АЭС к 1990 г. и более тысячи - к 2000 г. Однако уже в середине 70-х гг. в США резко изменилась политика в области ядерной энергетики. Последняя заявка на строительство АЭС была датирована 1974 г. Строительство новых АЭС было прекращено, несмотря на уже произведенные довольно значительные затраты. Произошло такое изменение прежде всего по экономическим причинам. За прошедшее десятилетие стоимость строительства АЭС возросла в 5-8 раз из-за введения новых стандартов безопасности при строительстве и эксплуатации станций, принятых по требованию общественности. Отмена государственных дотаций вопреки лобби военно-промышленных монополий, связанных с ядерной индустрией, позволила провести реальный расчет стоимости электроэнергии, производимой АЭС, с учетом всего цикла производства, начиная добычей урановой руды и кончая демонтажем станций, имеющих ограниченный временной ресурс работы (25-30 лет), причем стоимость демонтажа сравнима со стоимостью строительства. Такой короткий срок службы АЭС объясняется тем, что со временем, несмотря на все меры защиты, оборудование станции становится опасным в радиационном отношении. В частности, наблюдается явление охрупчивания, когда под влиянием нейтронного облучения металлические конструкции теряют прочность, становясь хрупкими в буквальном смысле слова. Каковы же преимущества АЭС перед другими типами электростанций? Производство электроэнергии на АЭС не связано с процессами горения и, следовательно, с потреблением атмосферного кислорода, столь необходимого биосфере. Не сжигая ископаемое органическое топливо и потому не выбрасывая в атмосферу сотни миллионов тонн углекислого газа, оксидов серы и азота, атомная энергетика – единственный крупный производитель электрической энергии, который не способствует ни парниковому эффекту, ни кислотным осадкам. Действительно, если бы те 16,7% мирового производства электроэнергии, которые дают атомные электростанции, производили тепловые электростанции, работающие на угле, то в атмосферу дополнительно поступало бы около 1 млрд. т СО2 в год, а также миллионы тонн SO2, NOX и других вредных выбросов. За счет широкого использования атомной энергетики во Франции с 1980 по 1986 г. выброс оксидов серы и азота в атмосферу уменьшился вдвое, а выброс диоксида углерода - на 270 млн. т в год. Сокращение выбросов в атмосферу углекислого газа, способствующего парниковому эффекту, при замене тепловых электростанций на атомные – наиболее сильный аргумент в споре о том, как удовлетворить растущие потребности в электроэнергии без ухудшения экологической обстановки. Отметим сразу, что защитники окружающей среды отвергают этот довод представителей атомной промышленности, считая строительство все большего числа атомных станций одним из самых дорогих способов сокращения выбросов диоксида углерода, тогда как возобновляемые источники энергии и меры по сбережению энергии являются гораздо более дешевой альтернативой. И примеры тому имеются. Так, с 1973 г. - валовый национальный продукт (ВНП) США повысился на 40%, в то время как потребление всех видов энергии возросло только на 2%. Это произошло главным образом за счет повышения эффективности использования энергии. Как уже отмечалось выше, при работе ТЭС на твердом топливе возникает большое количество золы - тысячи тонн в год при работе только одной станции. Твердые отходы АЭС - всего несколько тонн. Но если первые отходы безопасны, и их можно с заметным экономическим эффектом использовать, то вторые - очень опасные твердые РАО, утилизация которых - серьезная проблема, не имеющая до сих пор удовлетворительного решения. Уже приводились цифры расхода ископаемого топлива на ТЭС и эквивалентного им по количеству выделяемого тепла расхода ядерного горючего на АЭС. Атомные электростанции, не потребляя такого большого количества дефицитного ископаемого органического топлива, не загружают перевозками угля железнодорожный транспорт. Особенно впечатляет, когда тысячи или миллионы тонн угля переводятся в количество железнодорожных составов, доставляющих этот уголь к тепловым электростанциям. Действительно, перевозка угля в нашей стране составляет 40% всего грузооборота железнодорожного транспорта. Попутно отметим другой аспект этой проблемы, свидетельствующий о неиспользованных резервах по сокращению потребления энергоресурсов: большие потери угля при перевозке; перевозка зачастую не угля, а угольной породы со значительным процентом засоренности; наконец, перевозка мокрого угля. Что касается количества ядерного горючего, то при рассмотрении всего топливного цикла эти граммы превращаются в тысячи тонн исходного ядерного сырья, добыча и переработка которого представляют собой сложный в технологическом отношении, дорогостоящий и экологически небезопасный процесс. Именно экономическая и экологическая стороны ядерного топливного цикла, очень высокая реальная стоимость электрической энергии, вырабатываемой АЭС, а также вопросы безопасности работы АЭС и ликвидации РАО - главные и сильнейшие доводы, приводимые обычно против использования атомных станций для производства электрической энергии. Т опливный цикл для атомной электростанции показан на рис. 17. Первые этапы этого цикла включают в себя рудник, где осуществляется добыча урановой руды, и завод по первичной переработке этой руды с целью получения концентрата, содержащего очищенную закись-окись урана U3O8; химическое предприятие по переработке U3O8 в гексафторид урана UF6; завод по обогащению, исходным сырьем для которого является гексафторид урана, и, наконец, завод по изготовлению ядерного топлива для АЭС - ТВЭЛов, содержащих «начинку», - уран-235. Обогащение представляет собой процесс разделения химически идентичных изотопов U-238 и U-235. Оно осуществляется методом газовой диффузии или центрифугирования и является сложнейшим (и дорогостоящим) технологическим процессом, что, кстати, не позволяет многим странам иметь самостоятельные ядерные программы. На заводе по изготовлению топлива устойчивое газообразное соединение 235UF6 преобразуется в диоксид урана-235 или другие соединения урана-235.

Похожие:

	Методическая разработка на тему: «Проектная деятельность на уроках...		Методическая разработка на тему: «Формирование исследовательской... Кузнецова Марина Станиславовна, преподаватель (руководитель дисциплины физика и астрономия)
	Анализ состояния преподавания информатики в 7 11 классах в 2012/2013учебном год Использование интерактивных модулей как средство повышения качества знаний на уроках физики		Методическая разработка цикла уроков по кубановедению и изобразительному... Данная методическая разработка предназначена для реализации на уроках кубановедения и изобразительного искусства в 5 классе общеобразовательной...
	Методическая разработка на тему: «Проектная деятельность на уроках... «Проектная деятельность на уроках физики и астрономии с использованием сетевых компьютерных технологий»		План работы методического объединения учителей математики на 2011-2012 учебный год Актуальность использования дифференцированных заданий на уроках математики с целью повышения качества математического образования...
	Методическая разработка по Основам безопасности жизнедеятельности... Методическая разработка ориентирована на программу 10 – 11 класса по обж. Материалы предназначены для работы преподавателей курса...		Владимир Мегре Актуальность использования дифференцированных заданий на уроках математики с целью повышения качества математического образования...
	Руководство к программе AutoClickExtreme Актуальность использования дифференцированных заданий на уроках математики с целью повышения качества математического образования...		Тема: Использование икт на уроках русского языка и литературы Цель работы: внедрение икт в образовательный процесс с целью повышения качества знаний учащихся
	Работа над аккомпанентом на уроках сольфеджио ...		Ганс Селье. От мечты к открытию Актуальность использования дифференцированных заданий на уроках математики с целью повышения качества математического образования...
	Ксавьера Холландер Мадам сошествие в ад Актуальность использования дифференцированных заданий на уроках математики с целью повышения качества математического образования...		Методическая разработка по внедрению проектного метода на уроках географии Данная методическая разработка предполагает проведение уроков по дисциплине География с использованием элементов проектного метода...
	1. Шамбала (лог Льва Андреевича Ермолова) Актуальность использования дифференцированных заданий на уроках математики с целью повышения качества математического образования...		Методическая разработка «Проверка знаний, умений, навыков учащихся на уроках физики» Русский язык: Грамматика. Текст. Стили речи: Учеб. Пособие для 10-11 кл общеобразоват. Учреждений, Дейкина А. И. Власенков, Л. М....