Экологические аспекты в разделе "Ядерная физика"

Человек родился быть господином, повелителем, царем природы, но
мудрость, с которой он должен править, не дана ему
от рождения: она приобретается учением.
Н.И. Лобачевский

Человечество издавна волновали такие проблемы, как мир и война, отношения с далекими и близкими соседями, открытия в медицине и технике и т.д. Эти проблемы волнуют и сейчас. Но как-то исподволь, незаметно, вопросы экологии вышли на первое место по своей общечеловеческой значимости. Бытует мнение, что вопросами экологии и охраны природы в школе должны заниматься учителя биологии и географии. Но опыт показывает, что большой вклад в дело экологического образования могут внести и преподаватели физики. Вспомним, что в переводе с греческого слово “физика” означает “природа”.

Может быть теперь, пережив ряд экологических катастроф и ощутив на себе последствия неконтролируемых научных исследований, ученые почувствуют вину за развитие своей науки и вернут физике первоначальный смысл. Пришла пора использовать физику как инструмент сохранения окружающей среды.

Традиционно в школьной физике рассматриваются вопросы механики, молекулярной физики, электродинамики, атомной и ядерной физики, в которые естественным образом могут войти вопросы экологического содержания. В рамках биосферной экологии знакомлю учащихся с вопросами загрязнения и самоочищения атмосферы; с физическими методами контроля состояния атмосферы; с методами глобального контроля процессов, происходящими в биосфере Земли, с орбитальных космических станций и спутников.

В рамках промышленной экологии рассматриваю вопросы очистки газопылевых выбросов и их рассеяния через высокие трубы; аспекты выработки электроэнергии на тепловых, гидро – и атомных электростанций; вопросы поиска альтернативных экологически чистых способов получения электроэнергии.

Учебный процесс по физике весьма напряжен. Тем не менее, можно выкроить время для ознакомления учащихся с экологическими сведениями при условии:

• вопросы экологии должны быть органически связаны с содержанием изучаемого материала;
• вопросы экологии излагаются в информативном плане;
• их следует использовать для возбуждения интереса учащихся к изучаемому материалу.

Но есть уроки, которые можно целиком посвятить изучению проблем экологии:

– использование энергетических ресурсов;

– применение изотопов в народном хозяйстве;

– тепловые двигатели и охрана окружающей среды;

– воздушная оболочка и т.д.

Важной задачей экологического образования на уроках физики является развитие мышления учащихся в области разумного природопользования.

На уроках физики необходимо:

• изучать физические явления с точки зрения гармонических отношений человека и природы; рационального природопользования и охраны окружающей среды; осознанных личных действий по охране окружающей среды.
• использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:
  – обеспечения безопасности жизнедеятельности в процессе использования транспортных средств, бытовых электроприборов, средств радио- и телекоммуникационной связи;
  – оценки влияния на организм человека и другие организмы загрязнения окружающей среды.

Полностью безотходное производство так же невозможно, как и вечный двигатель. Секрет природы не в том, что она безотходна, а в том, что неизбежные отходы захоронены так и в таком виде, что они не оказывают вредного воздействия на природу на будущих этапах ее развития.

При изучении раздела ядерной физики вопросам экологии посвящаю целый урок. Решение на уроке физические задачи с экологическим содержанием активизирует познавательную деятельность учащихся, воспитывает бережное отношение к природе и эффективно влияет на формирование высоких моральных качеств (Приложение 1).

На уроке заслушиваем сообщения обучающихся на темы:

1. Чернобыльская катастрофа и ее последствия.
2. Последствия воздействия радиации на организмы человека и животных.
3. Перспективы развития атомной энергетики.

Знакомлю с экологической проблемой Челябинской области.

В обстановке холодной войны, противостояния двух мировых держав – США и СССР было создано производственное объединение “Маяк”.

Первый материковый реакторный завод начал работать 19 июня 1948 г. Этот день можно считать днем рождения ПО “Маяк” и атомной индустрии России в целом. В течение ограниченного срока этому предприятию удалось развить и полностью овладеть сложным процессом производства и предоставить материалы для производства атомного оружия. Плутония, который стал нарабатываться в Челябинске-65 с декабря 1948г., к весне 1949г. хватило для сборки в Арзамасе-16 первой советской атомной бомбы, которая была взорвана на Семипалатинском полигоне 29 августа 1949г. Это позволило СССР сильной державой (ядерной державой) и с ним стали считаться.

К большому сожалению, на первом этапе уникального производства были сделаны серьезные ошибки, которые:

– осложнили окружающую обстановку вокруг “Маяка”;

– принесли вред здоровью людей;

– негативно повлияли на образ этого предприятия.

В первые годы работы радиоактивные отходы предприятия напрямую сбрасывались в реку Теча:

– около 7500 жителей этой сильно загрязненной зоны купались в реке;

– вода из нее употреблялась как для полива садов и огородов, так и для приготовления пищи;

– наивысшие уровни γ – излучения были зарегистрированы здесь в 1950–1951 гг.

– через сеть рек Теча – Исеть – Обь происходил вынос радиоактивных веществ в Карское море и с морским течением – в другие моря Арктического бассейна;

– в 1994 г. концентрация радиоактивного стронция-90 на отдельных участках превышала фоновую в 100–1000 раз.

После того, как к 1951году стало очевидным сильное загрязнение реки Течи, часть радиоактивных отходов стали сбрасывать в одно из естественных углублений в прилегающей болотистой местности. Так возникло озеро Карачай (бессточное озеро-болото верхового типа). Летом 1951г. до начала сбросов водная поверхность занимала по площади 26,5 га при длине 750 м и ширине 450 м; наибольшая глубина составляла 1,25м. В мае 1962 года площадь акватории достигла приблизительно 51 га (Приложение 3).

“…Я работал в 3,5 км от места аварии. Я услышал взрыв. На фоне ночного неба мы увидели темно-красные облака, это был не огонь, а излучение. Вместе с офицерами и сотрудниками службы радиационной безопасности мы организовали эвакуацию. …” (Из воспоминаний очевидца)

– было эвакуировано несколько деревень и маленьких городков на расстоянии до 20 км по следу облака;

– это продолжалось около 10 дней;

– примерно 10 000 человек не имели представления, почему их переселяют, возвращаться назад, было строжайше запрещено;

– сразу, как только дома опустели, их сравняли с землей.

Оценка риска последствий аварии 1957 года:

– вследствие теплового взрыва 17 млн. Ku выпало в непосредственной близости от места взрыва;

– около 2 млн. Ku было выброшено на высоту до 1,5 км и выпало в границах полосы длиной около 300 км и шириной от 5 до 50 км (Приложение 3).

– люди в Хиросиме и Нагасаки подверглись кратковременному воздействию очень мощных излучений;

– жители бассейна реки Теча, подвергшиеся облучению при аварии 1957 г., подвергались воздействию радиации многие годы.

– около 2000 чел. получили дозу около 0,5 Зв (50 бэр) каждый;

– плотность загрязнения пораженных территорий на площади 120 км² превысила величину 3,7 МБк/ км²;

– на остальных 23 000 км² радиоактивного следа, где плотность загрязнения превышает 3700 Бк/ км² в настоящее время проживает около 270 000 человек.

Авария 1967 года (Приложение 3) была обусловлена длительной засухой:

– уровень воды в озере Карачай быстро упал;

– обнажились и высохли береговые и донные отложения;

– ветер разнес радиоактивную пыль – примерно 600 Ku радионуклидов;

– площадь загрязнения составила около 3 000 км²;

– пострадало примерно 40 000 жителей.

В 1978–1986 гг. была разработана технология засыпки водоема скальным грунтом с применением специально разработанных полых бетонных блоков ПБ-1 (Приложение 2), позволяющие локализовать подвижные донные отложения. С 1986 г. по настоящее время ведутся работы по засыпке по разработанному проекту.

За время эксплуатации водоема из него в подземные воды поступило около 5 млн. м³ промышленных растворов. Загрязненные растворы из Карачай как бы растекаются по водоупорному горизонту. Дальнейшая миграция загрязнителей происходит в потоке подземных вод и определяется свойствами этого потока. Ореол загрязнения подземных вод вокруг водоема Карачай занимает площадь около 10 км².

Благодаря значительным вложениям собственных средств, ПО “Маяк” решил ряд задач:

– жидкие отходы до их сброса в водоем подвергаются упариванию;

– часть отходов подвергается остекловыванию и вообще не попадают в водоем – хранилища;

– площадь акватории водоема Карачай на конец 2000 г. составляла около 10 га (Приложение 4);

– создан новый водозабор для поселка Новогорный, не влияющий на движение грунтовых вод из водоема Карачай;

– спроектированы и созданы опытно-промышленные установки, на которых были отработаны технологии получения топлива в виде микросфер и гранул.

– застеклованные отходы производства помещают в контейнер и отправляют на хранение;

– все перевозки соответствуют требованиям “Правил безопасной перевозки радиоактивных веществ МАГАТЭ”.

Радиоизотопный завод является одним из главных производителей радиоизотопов и радиоизотопных препаратов. Многие компании в Англии, Франции, США, Германии, числятся в ряду заказчиков у завода.

Ввод в эксплуатацию атомной станции на вторичном топливе позволит:

– решить проблему нераспространения накопленных в результате выполнения военных программ – урана и плутония;

– сделать замкнутым топливный цикл в ядерной энергетике;

– решить вопросы энергообеспеченности в нашей стране.

1. Человек во многом сам виноват в своих трагедиях!
2. Человек должен помнить, что Природа мудра, и, вторгаясь в ее тайны, нельзя нарушать ее законы.
3. В своих действиях нужно руководствоваться правилом: “Не навреди!”
4. Всегда помнить о других людях, ценности жизни, уникальности нашей планеты.
5. Мы должны учиться на ошибках и никогда не совершать их снова!

Литература:

1. Газета “Про МАЯК” № 11/2002 г.
2. Газета “Физика” № 37/1997 г.
3. Журнал “ПО МАЯК” 1993 г.
4. МАЯКинфо, № 12,15–16 /2001 г.
5. Фадеева Г.А., Попова В.А., Физика и экология 7–11 классы, Волгоград, 2007 год.
6. Федеральный компонент Государственного стандарта образования 2004 г. по физике.