ТЕМА. МИРНЫЙ АТОМ – ВРАЖДЕБНЫЙ АТОМ.

ЦЕЛИ:

·        познакомить учащихся со строением атома, цепной ядерной реакцией, критической массой;

·        показать использование атомной энергии в мирных и военных целях;

·        познакомить с историей развития ядерной физики, с историей первой атомной бомбардировки, последствиями Чернобыльской катастрофы;

·        формировать научные представления об атомной энергетике;

·        развивать коммуникативную, социальную и информационную компетентности; развивать самостоятельность; умение работать со справочной  и дополнительной литературой; творческие способности учащихся;

·        воспитывать в духе гуманизма, человечности, признания человеческой жизни – главной ценностью и невозможности применения атомного оружия.

ОБОРУДОВАНИЕ:

·        схемы; плакаты; фотографии ученых; девиз урока; выставка творческих работ учащихся; компьютерные технологии.

ТИП УРОКА:

·        интегрированный урок-конференция (физика-история-информатика).

ДЕВИЗ УРОКА:

·        На доске слова великого французского физика Пьера Кюри:

·        «… является ли познание тайн природы выгодным для        человечества, достаточно ли человечество созрело, чтобы извлекать из него только пользу или же это познание для него вред ноносно?»

УЧИТЕЛЬ:

 Тема нашего урока «Мирный атом – враждебный атом», сегодня мы проследим за быстрым развитием физики атомного ядра в исторической последовательности: познакомимся со строением атома, цепной ядерной реакцией, критической массой. Познакомимся с использованием атомной энергии в мирных и военных целях; познакомимся с историей развития ядерной физики, с историей первой ядерной бомбардировки и последствиями чернобыльской катастрофы.

Обратите внимание на девиз нашего урока, слова известного французского физика Пьера Кюри: «… является ли познание тайн природы выгодным для человечества, достаточно ли человечество созрело, чтобы извлекать из него только пользу или же это познание для него вредноносно?» В процессе урока каждый из вас, пожалуйста, определитесь с ответом на поставленный вопрос.

 Итак, начнем наш урок с истории.

Древняя Греция. Греческий философ Демокрит.

УЧЕНИК.

Греческий философ Демокрит назвал простейшие нерасчленимые далее частицы - атомами (слово «атом» означает «неделимый») и ему, вероятно, все представлялось в принципе не очень сложным. Различные предметы, растения, животные построены из неделимых частиц. Превращения, наблюдаемые в мире, - это простая перестановка атомов. Все в мире течет, все изменяется, кроме самих атомов, которые остаются неизменными. Так считал Демокрит.

УЧИТЕЛЬ. Но время шло. Заканчивался  19 век.

УЧЕНИК. 1895 год.

Анри Беккерель открыл радиоактивность - явление, доказывающее сложный состав ядерного ядра.

УЧЕНИК. 1911 год.

Англичанин Эрнест Резерфорд открыл атомное ядро.

УЧЕНИК. 1919 год.

Англичанин Эрнест Резерфорд открыл протон, свидетельствующий о том, что ядро представляет собой сложное образование, в состав которого входят протоны.

УЧЕНИК. 1920 год.

  Эрнест Резерфорд высказал предположение, что должна существовать частица массой, равной массе протона, но не имеющая электрического разряда.

УЧЕНИК. 1932 год.

Английский физик Чедвик подтвердил гипотезу Резерфорда и открыл нейтрон.

Ученик. 1932 год.

 Советский физик Иваненко Д.Д. и немецкий физик Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, которые удерживаются в ядре ядерными силами.

УЧИТЕЛЬ. Что такое ядерные силы? Каковы основные свойства ядерных сил?

УЧЕНИК.

Ядерные силы в 100раз превосходят электрические, это самые мощные силы из всех, которыми располагает природа, они имеют короткодействующий характер. Их называют «богатырь с очень короткими руками».

УЧИТЕЛЬ.

А что называют ядерными реакциями?

УЧЕНИК.

  Атомные ядра при взаимодействии испытывают превращения, которые и называют ядерными реакциями. Взаимодействуют атомные ядра либо  друг с другом, либо с элементарными частицами. Выделяющаяся при ядерных реакциях энергия может быть огромной!

УЧИТЕЛЬ.

Какова потребность человечества в энергии?

УЧЕНИК.

Потребность человечества в энергии неуклонно растет. Между благосостоянием стран и их энерговооруженностью существует прямая зависимость. До самого последнего времени человечество использовало для получения энергии природный газ, нефть, сланцы, торф. Эти виды топлива, во-первых, размещены по территории всех стран неравномерно, а во-вторых, ограничены.

УЧИТЕЛЬ.

 А как можно решить энергетическую проблему, вставшую перед человечеством?

УЧЕНИК.

Проблему, вставшую перед человечеством, можно решить, используя энергию, высвобождающуюся в ходе ядерных реакций. Изучая ядерные реакции, было обнаружено, что ядерные реакции деления урана  происходят с выделением энергии. Для сравнения – при соединении двух атомов водорода и атома кислорода выделяется всего примерно 10 электронвольт энергии. При реакции деления одного ядра урана выделяется энергии примерно в 20 миллиардов раз больше! Если бы удалось полностью разделить все атомы урана – 235, содержащиеся в одном килограмме, то при этом выделилось бы 20 млн. кВтч энергии. Для получения такого количества энергии необходимо сжечь 2 млн тонн угля!

УЧИТЕЛЬ.

 Вот поэтому усилия науки в середине двадцатого века были направлены на то, чтобы овладеть ядерной энергией, уметь ее высвобождать и использовать.

УЧИТЕЛЬ.

Что же необходимо для высвобождения ядерной энергии? Для высвобождения ядерной энергии принципиальное значение имел факт выделения новых нейтронов при делении ядер урана. Оказалось, что при определенных условиях в уране может возникнуть цепная реакция деления ядер. Допустим, что в достаточно большом куске изотопа урана под действием одного нейтрона произошла реакция деления одного из ядер. В результате чего выделилось два нейтрона. Эти нейтроны вызовут реакцию деления еще двух ядер. При этом выделятся уже четыре нейтрона, которые вызовут деление еще четырех ядер и т.д.  Такую реакцию называют цепной реакцией. Для осуществления цепной реакции деления ядер урана необходимо, чтобы большая часть, получающихся в результате деления ядер нейтронов не вылетала из куска  урана, а захватывалась ядрами. Для этого масса куска урана должна быть не меньше некоторого предельного значения. Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называют критической массой. При массе урана, меньшей критической, большинство образующихся нейтронов вылетают наружу, не вызвав деления ядер, и потому цепная реакция деления ядер не возникает. При массе урана больше критической, число нейтронов быстро увеличивается и реакция приобретает взрывной характер. На этом принципе основано действие атомной бомбы.

А теперь снова обратимся к истории.

УЧЕНИК.

 Америка.  2 августа 1939 год. От этой даты отсчитываются сроки, связанные с созданием атомного оружия. Американские ученые итальянец Ферми и венгр Сциллард впервые приступили к работе над бомбой в 1940 году.

УЧЕНИК.

 А в это время в осажденной Франции, уже преданной своим правительством и обреченной на вторжение бронированного чудовища вермахта, ученый-патриот Фредерик Жолио-Кюри вместе со своими сотрудниками исследовал возможность создания на уране самоподдерживающейся цепной реакции. В результате они открыли принцип создания ядерного реактора и запатентовали его вместе с принципом атомной бомбы. Но из-за немецкой оккупации закончить работы им не удалось. Часть ученых была переброшена в Англию.

УЧЕНИК.

Англия. Англичане разработали теоретически и пустили первые заводы по разделению изотопов урана. Вся документация была впоследствии  передана США, что минимум на два года ускорило первый американский ядерный взрыв в пустыне Аламагордо. Английская разведка донесла: немецкие ученые активно работают над созданием атомного оружия, и ,возможно, имеют достижения в этой области. Особенно окрепли эти подозрения в 1942-43 годах, когда немецкая пропаганда начала усиленно кричать о готовящемся в Германии сверхоружии.

     Страх подстегивал  ученых

УЧИТЕЛЬ.   

      Наступило  2 декабря 1942 года.  США. Вот как описывает события этого дня американский журналист Лоуренс :

“ Наконец великий момент наступил. Ферми приказал  своему помощнику

Д.Вейлю выдвинуть последний контрольный стержень “ещё на фут”. Все другие стержни уже были извлечены.

     Прошли четыре напряженные минуты.

     Движущийся грифель самописца , фиксирующий всё происходящее внутри реактора ,поднимался всё выше, выше и  выше, вычерчивая  прямую вертикальную линию , которая не переходила в горизонтальную. Это означало, что внутри реактора идет  цепная реакция .”

 УЧЕНИК. 

     Атомному огню разрешили гореть в течении 28 минут.  Затем Ферми  дал сигнал и огонь был потушен.  Человек  освободил энергию атомного ядра и доказал, что  может ее контролировать. Первый в Америке и в мире атомный реактор доказал  возможность осуществления цепной атомной реакции.  Путь к бомбе был открыт.

УЧИТЕЛЬ. 

     Неуправляемая цепная реакция с большим коэффициентом размножения

нейтронов осуществляется в атомной бомбе.  Чтобы  мог произойти  взрыв, размеры  делящегося  материала должны превышать  критические. Это достигается  либо путем быстрого  соединения двух кусков  делящегося материала с  докритическими   размерами, либо же за счет резкого сжатия одного  куска до  размеров, при которых утечка  нейтронов через поверхность падает настолько, что размеры куска оказываются надкритическими.  То и другое осуществляется с помощью обычных взрывчатых веществ.

УЧИТЕЛЬ.  

     Атомные бомбы были впервые применены США в конце второй мировой войны.  6   и    9  августа 1945 года американские самолеты сбросили атомные бомбы на японские города  Хиросиму  и Нагасаки.

 НА ЭКРАНЕ ВЗРЫВ АТОМНОЙ БОМБЫ.

УЧЕНИК.                  

     Бомба была  сброшена вопреки воле ученых, которые ее создали . Их мнение уже не интересовало военных и политиков. Великий ученый Альберт Эйнштейн , стоявший у истоков этой работы , услышал  о хиросимском взрыве по радио. От ужаса у него так сдавило горло,что он мог только произнести : ”О горе!..”

УЧЕНИК. 

      В результате  атомных бомбардировок  погибло 500 тыс. человек, преимущественно мирных жителей. Бомба была нужна президенту Трумэну не для того, чтобы поставить Японию на колени  -  она была обречена. Бомба была нужна для того, чтобы возвестить об особой роли Соединенных Штатов в послевоенном мире.

УЧЕНИК.  

      В этой обстановке в Советском Союзе атомному институту Игоря Курчатова было дано задание  -   форсировать создание советского атомного оружия.

       23 декабря 1946  года впервые в СССР и в Европе   И.В.  Курчатов с помощниками осуществили управляемую цепную реакцию деления урана.  В августе 1949 года СССР на полигоне в Семипалатинске  испытали атомную бомбу.

Исследования,  проведенные на первом в Европе атомном реакторе,  были прежде всего использованы для создания оружия. А мечтал И.В. Курчатов  о дешевой электроэнергии из  атома, о кораблях и самолетах на атомном топливе, о мирных исследованиях.

УЧИТЕЛЬ.

      Где же можно применять  атомную энергию  в мирных целях ?

УЧЕНИК.   В атомной индустрии все  возрастающую ценность для человечества представляют радиоактивные изотопы.

      С помощью ядерных реакций можно получить изотопы всех химических элементов, встречающихся  в природе только в стабильном состоянии.

УЧЕНИК.  

     Широкое применение нашел метод “меченых атомов”. Радиоактивность является своеобразной меткой, с помощью которой можно проследить за поведением элемента при различных химических реакциях и физических превращениях веществ.

УЧЕНИК.  

     С  помощью “  меченых атомов  ”   исследуют   обмен  веществ   в

организме ; контролируют  степень  износа  механизмов ;  судят  о  диффузии  металлов .  Радиоактивные  изотопы  используют  в сельском хозяйстве ; с их помощью определяют возраст древних предметов органического происхождения.

УЧИТЕЛЬ. 

     Энергию, высвобождающуюся в атомных  реакторах, используют для получения электрической энергии.       АЭС  –   это по существу тепловая электростанция,   на которой   электрические генераторы приводятся  во вращение  с помощью паровых турбин.  Но ее отличие от обычных тепловых электростанций состоит в том, что необходимый для вращения турбин водяной пар высокого давления образуется за счет  энергии, освобождающейся в ядерном реакторе.

     Когда была построена первая АЭС?

УЧЕНИК.

      Первая в мире АЭС была построена в СССР в 1954 году под руководством     советского  физика   И.В.Курчатова  .Её мощность составляла всего  5  МВт.

     Ядерные реакторы не потребляют  дефицитного органического топлива и не загружают перевозками угля железнодорожный транспорт. АЭС не потребляют  атмосферный кислород  и не засоряют среду золой и продуктами сгорания. Однако размещение  АЭС в густонаселенных областях таит в себе потенциальную угрозу.

УЧЕНИК.  

        Ядерной энергетике,      как и многим другим отраслям промышленности, присущи вредные или опасные факторы воздействия на окружающую среду. Наибольшую  потенциальную опасность  представляет радиоактивное загрязнение.  Сложные проблемы возникают с захоронением радиоактивных отходов и демонтажем    отслуживших свой срок атомных электростанций. Срок их службы около 20 лет, после чего  восстановление станций из-за многолетнего действия радиации на материалы конструкций невозможно.

УЧЕНИК.

     АЭС  проектируется с расчетом на максимальную безопасность персонала станции и населения. Опыт  эксплуатации  АЭС во всем мире показывает, что  биосфера надежно защищена от радиационного воздействия предприятий ядерной энергетики в нормальном режиме эксплуатации. Однако взрыв четвертого реактора на Чернобыльской АЭС показал, что риск  разрушения активной  зоны  реактора  существует.

НА ЭКРАНА  ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ КАТАСТРОФА.

УЧИТЕЛЬ.

      Мировой экологической катастрофой стала авария на Чернобыльской АЭС  , происшедшая в ночь с 25 на 26 апреля 1986 года. Авария привела к невиданному загрязнению   биосферы, радиоактивному облучению тысяч людей , к появлению на территории  Украины  30-ти километровой “ зоны  отчуждения ”, массовому   переселению  жителей  из  загрязненных  земель в  другие    регионы .  Только   прямые   расходы    Украины  на ликвидацию  последствий  аварии составили   за 1988 – 90 гг. более 20  млрд.  рублей в тогдашнем масштабе цен.  Но ликвидация последствий  катастрофы   этим  не  ограничилась. Украина ещё долгие годы вынуждена будет выделять огромные средства на преодоление последствий Чернобыля, на защиту пострадавших от катастрофы людей.

УЧИТЕЛЬ.    

       Вернёмся к началу нашего урока.

Тема нашего урока : ”Мирный атом-враждебный атом”.

Зададим себе вопрос ещё раз : ”…является ли познание тайн природы  выгодным для человечества  ,Достаточно ли человечество созрело, чтобы извлекать из него только пользу  или  же  это познание для него вредоносно?”

Как вы считаете ?

Ученики высказывают своё мнение.

Итог урока.   

       Человечество должно познавать тайны природы и использовать эти открытия только в мирных целях для блага  всего человечества.