Файл: Орієнтовний розподіл навчального часу.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.12.2023

Просмотров: 464

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

2. Навчаємося розв'язувати задачі

  1. Як за допомогою камери Вільсона можна визначити природу частки, що пролетіла в камері, її енергію, швидкість?

  2. Швидкість α-частинки в середньому в 15 разів менше за швид­кість β-частки. Чому α-частинки (жирний трек на рисунку) слабше відхиляються магнітним полем?


Що ми дізналися на уроці

• Усі сучасні реєстрації ядерних частинок і випромінювань умов­но можна розбити на дві групи:

а) трекові методи, що дозволяють відтворити слід частинки;

б) лічильні методи, засновані на використанні приладів, що ра-
хують число частинок того чи іншого типу.

Домашнє завдання

Підр.: Конспект.




КирикЛ. А. · «Усі уроки фізики. 9 клас»

Урок 7/54

Тема. Ядерний реактор

Мета уроку: ознайомити учнів з розподілом ядер урану, що дозво­ляє одержати велику кількість ядерної енергії; пояснити будо­ву й принцип дії ядерного реактора.

Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

Контроль знань
6 хв
1. Будова й принцип дії камери Вільсона.

2. Будова й принцип дії лічильника Гейгера.

3. Які фізичні явища лежать в основі дії каме-
ри Вільсона та лічильника Гейгера?

Демонстрації
7 хв
1. Відеофрагмент «Ядерний реактор».

2. Таблиці «Ядерний реактор» й «Атомна елек-
тростанція»

Вивчення

нового

матеріалу
27 хв
1. Поділ ядер Урану.

2. Ланцюгова ядерна реакція.

3. Ядерний реактор

Закріплення

вивченого

матеріалу
5 хв
1. Контрольні питання.

2. Навчаємося розв'язувати задачі


ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Поділ ядер урану

Атомні ядра, що містять велике число нуклонів, нестійкі і мо­жуть розпадатися. 1938 р. німецькі вчені Отто Ган і Франц Штрасс-ман спостерігали поділ ядра Урану під дією повільних ней-

тронів. Використання саме нейтронів для поділу ядер обумовлено їхньою електричною нейтральністю. Відсутність кулонівського відштовхування протонами ядра дозволяє нейтронам безпере­шкодно проникати в атомне ядро. Тимчасове захоплення нейтрона порушує тендітну стабільність ядра, обумовлену тонким балансом сил кулонівського відштовхування і ядерного притягання. Про­сторові коливання нуклонів збудженого ядра (позначимо ), що виникають, є нестійкими. Надлишок нейтронів у центрі ядра означає надлишок протонів на периферії. Їхнє взаємне відштовху­вання призводить до штучної радіоактивності ізотопу , тобто




Ядерна фізика. Атомне ядро. Ядерна енергетика


до його поділу на ядра меншої маси, що називаються уламками по­ділу. Причому найбільш імовірним виявляється поділ на уламки, маси яких відносяться приблизно як 2 : 3. Більшість великих улам­ків мають масове число А в межах 135—145, а дрібні від 90 до 100. У результаті реакції поділу ядра Урану утворюються два чи

три нейтрони. Одна з можливих реакцій поділу ядра урану проті­кає за схемою:



Ця реакція протікає з утворенням трьох нейтронів. Можлива реакція з утворенням двох нейтронів:



^ Поділом ядра називається ядерна реакція розподілу важкого ядра, збудженого захопленням нейтрона, на дві приблизно рів­ні частини, що називаються уламками поділу. Енергія, що виділяється під час поділу ядра, має електроста­тичне, а не ядерне походження. Велика кінетична енергія, яку ма­ють уламки, виникає внаслідок їх кулонівського відштовхування. За повного поділу всіх ядер, що містяться в 1 г урану, виділяється стільки енергії, скільки виділяється під час згоряння 2,5 т нафти.

2. Ланцюгова ядерна реакція

Будь-який з нейтронів, що вилітає з ядра в процесі поділу, може, у свою чергу, спричинити поділ сусіднього ядра, що також випускає нейтрони, здатні призвести до подальшого поділу. У ре­зультаті число ядер, що діляться, дуже швидко збільшується. Ви­никає ланцюгова реакція.

^ Ланцюговою ядерною реакцією називається реакція, у якій ней­трони утворюються як продукти цієї реакції. Суть цієї реакції полягає в тому, що випущені під час поділу од­ного ядра N нейтронів можуть спричинити поділ N ядер, у резуль­таті чого буде випущено N2 нових нейтронів, що зумовлюють поділ N2ядер, тощо. Отже, число нейтронів, що народжуються в кожно­му поколінні, наростає в геометричній прогресії. У цілому процес




КирикЛ. А. · «Усі уроки фізики. 9 клас»


має лавиноподібний характер, протікає дуже швидко й супрово­джується виділенням величезної кількості енергії.


Для здійснення ланцюгової реакції не можна використовува­ти будь-які ядра, що діляться під впливом нейтронів. Через низку причин з ядер, що зустрічаються в природі, придатні до цього лише ядра ізотопів Урану з масовим числом 235, тобто

3. Ядерний реактор

Ланцюгову ядерну реакцію вчені й інженери змогли зробити ке­рованою: для цього необхідно було забезпечити, щоб кількість ядер, що діляться, в одиницю часу залишалася постійною. Уперше керо­вана ланцюгова реакція поділу ядер урану була здійснена 1942 р. у США під керівництвом італійського фізика Енріко Фермі. ^ Ядерним реактором називається пристрій, у якому виділя­ється теплова енергія в результаті керованої ланцюгової ре­акції поділу ядер.

Як було встановлено дослідним шляхом, для виконання лан­цюгової керованої реакції найбільш ефективними є повільні ней­трони, кінетична енергія яких у десятки разів менше, ніж енергія нейтронів, що вилітають під час поділу ядер. Тому виникає потреба




Ядерна фізика. Атомне ядро. Ядерна енергетика


в уповільнювачі нейтронів. Кращим сповільнювачем є важка вода. Звичайна вода сама захоплює нейтрони і перетворюється на важку воду. Гарним уповільнювачем вважається також графіт, ядра яко­го не поглинають нейтрони.

Щоб кількість ядер урану, що діляться в одиницю часу, зали­шалася постійною, необхідно, щоб залишалося постійним і число повільних нейтронів. Якщо їхня кількість почне збільшуватися, це загрожує атомним вибухом, а якщо почне зменшуватися — ре­акція «згасне».

Щоб забезпечити сталість числа нейтронів, використовують по­глиначі нейтронів — речовини, ядра яких ефективно поглинають нейтрони. Гарними поглиначами нейтронів є кадмій і бор. З них виготовляють регулюючі стрижні, що вводяться в робочий простір ядерного реактора: змінюючи глибину занурення цих стрижнів, можна змінювати число ядер урану, які діляться щомиті.

Щоб у зразку урану могла відбуватися ланцюгова ядерна ре­акція, його маса повинна бути досить великою. Це необхідно для того, щоб нейтрони, що випускаються під час поділу ядер, не ви­літали відразу ж за межі зразка, а спричиняли нові реакції поділу. ^ Найменшу масу речовини, що ділиться і за якої можлива лан­цюгова ядерна реакція, називають критичною масою. Для кулястого зразка чистого урану критична маса дорів­нює приблизно 50 кг. Однак її можна зменшити в десятки разів, використовуючи уповільнювачі нейтронів і оточуючи зразок бери­лієвою оболонкою — вона відбиває нейтрони, що вилітають, у зону реакції, збільшуючи їхній шлях у зразку.

На рисунку схематично зображена схема будови атомної елек­тростанції (АЕС) з ядерним реактором на повільних нейтронах.



Ядерне паливо розташовується в активній зоні (1) у вигляді вертикальних стрижнів, що називаються тепловидільними еле­ментами (ТВЕЛ). Активна зона оточена відбивачем (2) і товстою за­хисною оболонкою із залізобетону (3).

Реактором керують за допомогою регулюючих стрижнів (4), ви­готовлених з поглинача нейтронів.

Тепло з гарячої активної зони реактора виводиться теплоносі­єм (наприклад, водою). Теплоносій першого контуру передає тепло в парогенератор (5), перетворюючи воду на пару під високим тис­ком, і повертається потім знову в активну зону. Пара, що утвори­лася в парогенераторі, обертає турбіну (6), з'єднану з генератором електроенергії (7). Відпрацьована пара конденсується в конденса­торі (8), звідки вода знову надходить у парогенератор.


Головна перевага АЕС полягає в тому, що для їхньої роботи необ­хідно дуже мала (за масою) кількість палива порівняно з тепловими електростанціями. Крім цього, запаси ядерного палива досить вели­кі: за різними оцінками його може вистачити на кілька століть.

АЕС, що нормально функціонують, забруднюють навколишнє середовище значно менше, ніж теплові електростанції.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

? Чому нейтрони виявляються найбільш зручними частинками

для бомбардування атомних ядер? ? Що відбувається при потраплянні нейтрона в ядро Урану? ? Чому під час поділу ядер Урану виділяється енергія? ? У чому полягає керування ядерною реакцією? ? Для чого потрібно, щоб маса кожного уранового стрижня була

меншою за критичну масу? ? Для чого потрібні регулюючі стрижні? Як ними користуються? ? Для чого в ядерному реакторі використовується уповільнювач

нейтронів?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Якісні питання

  1. Згоряє шматок паперу. Чи є горіння ланцюговою реакцією? Хі­мічною чи ядерною?

  2. Які перетворення енергії відбуваються в ядерному реакторі?




Ядерна фізика. Атомне ядро. Ядерна енергетика

3. Що спільного в ядерному реакторі й паровому котлі? 2. Навчаємося розв'язувати задачі

  1. Ядро урану поглинає один нейтрон і ділиться на два улам­ки й чотири нейтрони. Один з уламків — ядро . Ядром яко­го ізотопу є другий уламок?

  2. Напишіть ланцюжок ядерних перетворень ядра Урану що захопив нейтрон, у Плутоній , з огляду на те, що всі ядра, які знову утворюються, є бета-радіоактивними, тобто зазнають радіоактивного розпаду з випущенням електрона. Розв'язок: .

Що ми дізналися на уроці

  • Поділом ядра називається ядерна реакція поділу важкого ядра, збудженого захопленням нейтрона, на дві приблизно рівні час­тини, що називаються уламками поділу.

  • Ланцюговою ядерною реакцією називається реакція, у якій нейтрони утворюються як продукти цієї реакції.

  • Ядерним реактором називається пристрій, у якому виділяється теплова енергія в результаті керованої ланцюгової реакції по­ділу ядер.

  • Найменшу масу речовини, що ділиться й за якої можлива лан­цюгова ядерна реакція, називають критичною масою.

Домашнє завдання

  1. Підр.: § 36.

  2. Зб.: № 18.1; 18.2; 18.3; 18.4; 18.5.

Смотрите также файлы