Ядерный реактор. Атомная электростанция. Понятие о термоядерных реакциях - ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА - КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Задачи урока: изучить принципы устройства и работы атомных реакторов; рассмотреть особенности цепной ядерной реакции; познакомить с термоядерными реакциями.

I. Решение одной из домашних задач повторяется с кратким комментарием на доске. Во время подготовки решения организуется фронтальное повторение по вопросам: чем характерна реакция деления ядер атомов? Почему происходит реакция деления ядер урана? Как возникает цепная реакция деления урана? Можно ли управлять цепной ядерной реакцией деления?

II. Примерный план изложения нового материала.

1. Устройство ядерного реактора (тепловыделяющие элементы, замедлитель нейтронов, поглотители нейтронов, теплоноситель, защитная оболочка).

2. Работа ядерного реактора (управление цепной ядерной реакцией, отвод тепла и т. д.).

3. Классификация реакторов: по назначению (экспериментальные, исследовательские, изотопные, энергетические), по виду топлива (естественный уран, слабообогащённый уран, плутоний и др.), по виду теплоносителя (вода, газ, металлы), по роду замедлителя (вода, углерод, бериллий, без замедлителя), реакторы-размножители.

4. Направления использования ядерных реакторов и ядерной энергии: получение электроэнергии, получение изотопов, технологическое применение (выработка тепла, опреснение воды и др.).

Записанным учащимися планом можно разрешать пользоваться при ответе.

Краткий рассказ о И. В. Курчатове можно завершить яркой цитатой: “Он предстаёт перед нами как организатор науки большого, невиданного в довоенное время масштаба. Курчатов полон неистощимой энергии. Сверкающий его взгляд одинаково быстр и ясен и утром, и глубокой ночью. Окружающие изнемогают от “курчатовского” темпа работы, он же не проявляет признаков утомления. Он доступен для всех. К нему идут за помощью и за советом. Его реакция мгновенна. Он привлекает всех, кто способен работать... создаёт вокруг себя атмосферу восторженного творческого труда, требуя от каждого бескорыстного служения делу” (Головин И. Н. И. В. Курчатов. — М.: Атомиздат, 1972. — С. 60—61).

В итоге этого этапа урока обсуждают вопросы: как осуществить цепную реакцию? В чём принципиальное различие реакторов на медленных и быстрых нейтронах? Почему реакторы на быстрых нейтронах называют реакторами-размножителями? Как осуществляется управление цепной ядерной реакцией?

III. Учащихся кратко знакомят с другим методом высвобождения ядерной энергии — при реакциях слияния лёгких ядер. Подобные реакции слияния лёгких ядер получили название термоядерных реакций.

Обратимся к наиболее перспективной термоядерной реакции

Выделяющуюся при реакции энергию рассчитываем так: по Справочнику определяем энергию связи дейтерия 2,22 МэВ, трития 8,48 МэВ, гелия 28,29 МэВ. Получаем, что при образовании гелия выделяется энергия

28,29 МэВ - (8,48 МэВ + 2,22 МэВ) = 17,6 МэВ.

На один нуклон приходится около 3,5 МэВ. Для сравнения скажем, что при ядерной реакции деления урана выделяется энергия около 1 МэВ на один нуклон. Таким образом, удельный выход энергии при этой термоядерной реакции в три с лишним раза больше, чем при делении урана.

Далее могут быть рассмотрены вопросы: термоядерные реакции на Солнце и звёздах; термоядерная бомба; перспективы получения энергии для мирного использования с помощью термоядерных реакций.

IV. Домашнее задание: § 89*, 90, 92; упр. на с. 339 (ЕГЭ); индивидуально — одна из следующих задач:

1. Атомная подводная лодка постоянно потребляет мощность 6 ∙ 10⁴ кВт. Сколько урана ²³⁵₉₂U расходуется на борту этой лодки за сутки?

2. Определите массу угля, который даёт при сжигании ту же энергию, что и уран ²³⁵₉₂U массой 10 г. При делении ядра урана выделяется энергия, примерно равная 200 МэВ. (Недостающие данные возьмите из Cправочника.)

3. Определите электрическую мощность атомной электростанции, если она расходует в сутки 200 г урана ²³⁵₉₂U при КПД, равном 25%.

В конце урока обобщают знания о ядерных реакциях (табл. 47).

Таблица 47

Ядерные реакции

Урок 12*. Решение задач

Домашнее задание: § 91*; упр. на с. 343 (2, 4, ЕГЭ).