Проблемы охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов, энергетического кризиса стали исключительно актуальны. В природных процессах наблюдаются опасные изменения, угрожающие устойчивости биосферы и нормалъному развитию человечества. Воздействие человека на природу приобрело глобальный характер и продолжает возрастать. Запросы общества превышают возможности природы, тот предел допустимых изменений, при котором сохраняется устойчивость биосферы. Около 20% территорий России испытывают острые и очень острые экологические ситуации. Экологические проблемы в России и в мире достигли такой остроты, что не повлияй на них сейчас, они способны привести человечество к гибели. В этих условиях экологическое воспитание, формирование экологической культуры и нового мышления, ориентированного на изменение путей и методов развития цивилизации, стало необходимым фактором выживания.
Одно из ключевых экологических понятий в курсе физики - понятие энергии. Энергетика служит основой любых процессов во всех отраслях народного хозяйства, главным условием создания материальных благ, повышения уровня жизни людей. Повышение жизненного уровня вызывает рост потребления энергии на душу населения. Энергия- важный фактор существования и развития человеческого общества.
Современная энергетика требует использования всех видов энергоресурсов Земли и энергии Солнца. Однако современная технология производства энергии ведёт к тепловому, химическому и радиоактивному загрязнению биосферы, порождает множество других экологических проблем, требует поиска дополнительных экологичных источников энергии.
Жизненно необходимым становится решение задачи по формированию у обучающихся экологической культуры и нового мышления, ориентированного на изменение путей и методов развития цивилизации.
Физика является ядром научно-технического прогресса, её достижения лежат в основе современных технологий. Это позволяет показать обучающимся всё возрастающие масштабы воздействия человека на природу, последствия этого воздействия и решения проблем окружающей среды.
Поэтому в структуру уроков обязательно включается экологический компонент, который несёт в себе общезначимую культурологическую направленность, создаёт предпосылки для формирования экологической культуры будущих специалистов нового поколения с тем, чтобы они вошли в производственную сферу не только техническими, но и экологически грамотными личностями, способными решать экологические задачи, активно защищать природные комплексы и в целом окружающую среду, участвовать в улучшении экологической обстановки того региона, где им предстоит жить и работать.
Предлагаю вашему вниманию методическую разработку урока в 9 классе по теме: “Атомная энергетика. Экологические, технические и экономические проблемы”
Актуальность темы определяется тем, что в нынешнем году исполняется 20 лет со дня аварии на Чернобыльской АЭС, которая породила большое количество противников атомной энергетики, и темпы строительства новых АЭС заметно снизились. Это обстоятельство отрицательно сказалось на экономике России и других стран. Предлагаемый урок уникален тем, что, опираясь на различные аспекты радиационной безопасности, в структуре урока используется концепция “ риск – польза”, заставляющая ребят выражать личностное отношение к рассматриваемой проблеме и выдвигать свои предложения по улучшению экологической обстановки, т. е. они учатся грамотно и конструктивно решать экологические задачи.
Тема урока: “Атомная энергетика. Экологические, технические и экономические проблемы”
Задачи урока: Обобщить технические основы ядерной физики, давшие возможность развитию атомной энергетики.
- Рассмотреть экологические, технические и экономические проблемы, связанные с применением атомной энергетики и с работой АЭС.
- Учить анализировать перспективы дальнейшего развития цивилизации использования природных ресурсов, приумножения и охраны природы.
- Формировать умения ориентации в опасных ситуациях.
Оборудование: Таблицы “Ядерный реактор”, “Деление ядра урана”.
- Слайды “Атомная энергетика”
- Карта “Расположение АЭС на территории России”.
- Тестовые задания по теме “Физические основы ядерной энергетики”.
ХОД УРОКА
I. ОРГАНИЗАЦИОНЫЙ МОМЕНТ.
II. ЭТАП ПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ.
Тест “Физические основы атомной энергетики”
1 . Кем и когда было открыто деление ядер урана?
| а). 1938 год, О. Ган, Ф. Штрассман; | в). 1940 год, Г. Н. Флеров; |
| б) 1939 год, О. Фриш, Л. Майтнер; | г). 1942 год, Э. Ферми. |
2. Кем и когда был объяснен механизм деления ядер урана?
| а) 1939 год. О. Фриш, Л. Майтнер; | в). 1942 год, Э. Ферми; |
| б) 1940 год, Г. И. Флеров, А. Петржак; | г) 1946 год, И. Курчатов. |
3. Кем и когда разработана теория цепной реакции деления урана-235?
| а) 193 8 год; О. Ганн, Ф. Штрассман; | в) 193 8 год, Зельдович, Харитон; |
| б) 1939 год, О. Фриш, Л. Майтнер; | г) 1946 год, И. Курчатов. |
4. Чему равна критическая масса урана?
| а) 200 грамм; | б) 250 грамм; | в) 50 кг. |
5. Какое вещество используется как теплоноситель в реакторах-множителях?
| а) вода; | б) кадмий; | в) бор; | г) жидкий натрий; | д) графит. |
6. Какой реактор вырабатывает больше ядерного топлива, чем потребляет?
| а) урано-графитовый; | б) водо-водяной; | в) реактор на быстрых нейтронах. |
7. Какие источники загрязнения окружающей среды связаны с работой АЭС?
| а) урановая промышленность; | б) ядерные реакторы разных типов; |
| в) радиохимическая промышленность; | г) места переработки и захоронения РАО; |
| д) использование радионуклидов в народном хозяйстве; | е) ядерные взрывы. |
8. Какой путь вы считаете самым приемлемым для повышения надежности АЭС и предотвращения заражения внешней среды?
а) разработка реакторов типа “ПИРУС”, способных автоматически охладить активную зону реактора независимо от воли оператора;
б) повышение грамотности эксплуатации АЭС, уровня профессиональной подготовленности операторов АЭС;
в) разработка высокоэффективных технологий демонтажа АЭС и переработки РАО;
г) расположение реакторов глубоко под землей;
д) отказ от строительства и эксплуатации АЭС.
III. ЭТАП ПОДГОТОВКИ ОБУЧАЮЩИХСЯ К АКТИВНОМУ И СОЗНАТЕЛЬНОМУ УСВОЕНИЮ НОВЫХ ЗНАНИЙ (сообщение темы и цели урока)
IV. ЭТАП УСВОЕНИЯ НОВЫХ ЗНАНИЙ
План изложения и основные понятия:
1. Радиационная обстановка в России.
После открытия деления ядер тяжелых элементов начала развиваться ядерная энергетика. Ее развитие и широкое применение в различных областях науки, техники и народного хозяйства создали потенциальную угрозу радиационной опасности для человека и загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Поэтому вопросы радиационной безопасности превращаются в одну из важнейших проблем.
В пределах России размещено 9 АЭС, которые дают примерно 12% электроэнергии. Всего на территории России действует 29 энергетических реакторов. Несколько сотен их установлено на атомных подводных лодках, снабженных ракетами с ядерными боеголовками. В России имеется 4 базы таких подводных лодок: две на Северном Ледовитом океане, и две - на Тихом океане. Кроме ядерного подводного флота, существует надводный флот с энергетическими реакторами, представленный ледоколами, базирующимися в Мурманске.
Промышленное производство плутония и других расщепляющихся материалов на территории России ведется с 1949 года. В настоящее время действует не менее четырех предприятий по производству ядерного топлива в европейской части, Сибири и на Урале. На территории России имеется 15 полигонов для захоронения радиоактивных отходов, которые тоже являются источниками возможной радиационной опасности.
Радионуклиды находят широкое применение в научных исследованиях и в производстве. Примерно 17 тысяч учреждений используют радиоактивные вещества.
2. Экологические проблемы АЭС.
Ежегодно при производстве ядерной энергии образуется около 200000 куб. метров отходов с низкой и средней активностью, 10000 куб. метров высокоактивных отходов и отработанного ядерного топлива. Поскольку радиоактивные материалы используются также в медицине, исследовательских учреждениях и промышленности, к этим цифрам следует прибавить еще несколько десятков кубических метров отходов в год. В “Повестке дня на 21 Международной конференции в Рио-де-Жанейро, проходившей в 1942 года, подчеркивается, что всем странам следует сотрудничать с международными экологическими организациями. Это необходимо для того, чтобы своевременно оказывать содействие мерам, направленным на сокращение и ограничение объемов образующихся отходов, обеспечивать безопасное хранение, переработку, транспортировку и удаление отходов; предоставлять развивающимся странам помощь в решении вопросов, связанных с образованием и удалением радиоактивных отходов, принимать участие в разработке безопасных и экологически обоснованных методов удаления радиоактивных отходов, активизировать усилия по соблюдению Кодекса в области трансграничного перемещения радиоактивных отходов.
3. Гигиенические аспекты радиационной безопасности.
Для уменьшения поступления радионуклидов с пищей нужно соблюдать следующие гигиенические правила: тщательно мыть овощи и фрукты; снимать кожуру; овощи заливать водой на несколько часов; выдерживать мясо в течение 2-4 часов в 10-% растворе поваренной соли; удалять внутренности, сухожилия, головы птицы и рыбы; исключить из меню мясокостные бульоны, особенно кислые. т. к. стронций переходит в бульон преимущественно в кислой среде.
Для того, чтобы усилить выведение радиоактивных веществ из организма, рекомендуется принимать настои трав и плодов, обладающих легким мочегонным действием (ромашки, зверобоя, бессмертника, мяты, укропа, шиповника, тмина, зеленого чая. ); регулярно опорожнять кишечник, для чего следует есть продукты, содержащие клетчатку(хлеб грубого помола, пшено, гречневую, перловую и овсяную каши, капусту, морковь, чернослив);пить отвары льна, крапивы, ревеня; связывать радионуклиды пектинами, т. е. пить соки с мякотью, морс, компоты, есть яблоки, персики, крыжовник, клюкву, абрикосы, черную смородину, дыни, цитрусовые, мармелад, зефир, джемы.
Продуктами, повышающими устойчивость организма к действию ионизирующих излучений являются: растительные масла, рыба, орехи (особенно грецкие), семена тыквы, подсолнечника. Витамины обладают антимутагенными свойствами.
В случае опасности выброса йода-131 в атмосферу при атомных взрывах и авариях, для нейтрализации вредного воздействия изотопа йода-131 среди населения проводится йодная профилактика с помощью таблеток йодида калия(взрослым-130 мг на один прием, детям-65 мг)
4. Технические и экономические проблемы АЭС. Концепция “риск-польза”; социально-психологический аспект.
Вообще-то атомная энергетика не относится к традиционным источникам энергии, хотя долгое время панацеей для лечения энергетического голода считались атомные электростанции. Проблемы безопасности АЭС казались вполне разрешимыми. Некоторые страны , например, Франция, сделали ставку на атомную энергетику- доля энергии, производимой АЭС, достигла 70%
Сейчас в мире эксплуатируется около 417 энергоблоков в 25 странах, 10 из которых - развивающиеся. В 1983 году на АЭС было выработано 1000 ТВт. час, что составило 16% мирового энергопроизводства. Для получения такого количества энергии на ТЭЦ нужно было бы сжечь 230 млн. т. органического топлива. Вклад ядерной энергетики в энергопроизводство весьма существенен. В дальнейшем предполагается заметный рост мощностей АЭС во всех без исключения регионах, хотя катастрофа на Чернобыльской АЭС внесла в этот прогноз свои коррективы. У развития этой отрасли энергетики есть свои ограничения и препятствия, связанные с особенностями физических процессов в ядерном реакторе, с технологией производства энергии и воздействием на окружающую среду.
Стоимость электроэнергии, полученной на АЭС, ниже, чем произведенной другими типами станций, несмотря на большую сложность процесса получения энергии и высокие затраты, использование реакторов-размножителей позволит еще более увеличить этот эффект. Кроме того, количество топлива, используемого на АЭС, чрезвычайно мало по сравнению с ТЭЦ и ТЭС. Так, для работы ТЭС мощностью 1 млн кВт требуется 10 тысяч тонн каменного угля в сутки, для работы АЭС такой же мощности нужно только 100 кг уранового топлива в сутки.
Однако, несмотря на все достоинства ядерной энергетики, деление и даже гипотетическое исключение аварийности, эта отрасль не имеет далеких перспектив из-за ограниченности запасов урана, необходимости захоронения отходов.
6. Чернобыльская авария и ее последствия.
20 лет назад, 26 апреля 1986 года произошла авария на Чернобыльской АЭС, причиной которой, как сегодня считают, явились конструктивные дефекты реактора. В результате последовало два взрыва подряд. Интенсивный выброс в атмосферу радионуклидов из горящего реактора продолжался до 6 мая. В атмосферу поступило 50 млн. различных радионуклидов и 50 млн. химически инертных радиоактивных газов. В результате радиоактивному заражению в той или иной степени подверглась территория в радиусе более 2 тысяч км. , охватывающая более 20 государств. В день аварии погиб 31 человек, а сотни и тысячи получили дозы радиации, приведшие к развитию лучевой болезни. Непосредственно после аварии было эвакуировано 116 тысяч человек. Это люди из так называемой зоны отчуждения - то есть оттуда, где в течение многих десятилетий нельзя будет жить, растить детей и выращивать хлеб.
Но это было только начало многолетней беды: к 1991 году в трех республиках - Белоруссии, Украине и России-были составлены перечни сотен населенных пунктов, подвергшихся воздействию чернобыльской радиации. Они включали в себя( в зависимости от степени заражения):зону отчуждения; зону обязательного отселения; зону с правом на отселение и так называемую зону с льготным экономическим статусом. В сумме эти зоны охватывают все 6 областей Белоруссии, 15 областей России и 10 областей Украины.
Реакторов Чернобыльского типа на территории РФ 11: по 4 на Ленинградской и Курской АЭС и 3 – на Смоленской АЭС, что составляет половину энергетических реакторов на европейской части России. Это означает, что около 1 млн. км. территории и до четверти населения европейской части России остаются потенциальными заложниками некомпетентного руководства ядерной энергетикой.
За последние 30 лет на объектах ядерной энергетики произошло 8 серьезных аварий, связанных со взрывами в реакторах, расплавлением активной зоны, повреждением защитной оболочки и выбросами радиоактивных веществ. Из них самой серьезной является авария на Чернобыльской АЭС.
Однако, по мнению большинства ученых, считается наиболее безопасной, экономически оправданной, ядерная энергетика.
V. ЗАКРЕПЛЕНИЕ НОВЫХ ЗНАНИЙ.
1. Фронтальный опрос:
- охарактеризуйте современную радиационную обстановку в России;
- какие основные направления международного сотрудничества в области РАО были приняты на конференции в Рио-де-Жанейро?
- какими гигиеническими правилами надо руководствоваться для уменьшения поступления радионуклидов с продуктами питания?
- каковы причины и последствия аварии на Чернобыльской АЭС?
- назовите экономические и технические проблемы атомной энергетики.
2. Просмотр фрагментов д\ф “Экономика на базе альтернативных видов энергии”
VI. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП УРОКА.
- выражение личностного отношения обучающихся к содержанию урока в форме “Замечу, что…”
- подведение итогов урока;
- комментирование оценок;
- домашнее задание (конспект урока).
Список литературы
- Величковский Т. Б. Окружающая среда. М. : Экология и образование, 2002 - кол-во с. 370.
- Володин В. В. Энергия, век 21-первый. М. : Детская литература 2001- кол-во с. 189.
- Козлов В. Б. Энергетика и природа М. : Мысль, 1973 – кол-во с. 405.
- Одум Ю. Основы экологии. М. : Мысль, 2000 – кол-во с. 112.
- Проценко А. Н. Энергия будущего. М. : Молодая гвардия, 2000 – кол-во с. 261.
- РыженковА. П. Физика. Человек. Окружающая среда. М. : Просвещение, 1996 – кол-во с. 235.
- Твердикулов Э. Э. Роль межпредметных связей при формировании экологических знаний. /Физика в школе. № 5 1995 – кол-во с. 5.
- Уразалиев А. П. Экологическая конференция. Физика в школе № 1 1998 – кол-во с. 6.
- Юдасин Л. С. Энергетика: проблемы и надежды. М. : Просвещение, 1990 – кол-во с. 327