УРОК АТОМА Как работает АЭС?
план-конспект занятия по физике (7, 8 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Гимназия №1 им. И.В. Курчатова»

муниципального образования городской округ Симферополь Республики Крым

УРОК АТОМА

Как работает АЭС? 

Разработала внеурочное занятие:

учитель физики Костенко Ю.Э.

2021 год

Пояснительная записка

Методический материал занятия разработан в рамках всероссийского проекта «Атомный урок», который стартовал в год 75-летия атомной промышленности России и приурочен к Году науки и технологий в России. С целью формирования интереса подрастающего поколения к современной науке и технологиям.

Цель:

формирование у обучающихся представлений об устройстве, оборудовании и предназначении атомной электростанции.

Задачи:

● рассказать обучающимся о различных источниках получения энергии на Земле;

● сформировать представление об устройстве атомных электростанций;

● познакомить с видами ядерных реакторов;

● рассказать о истории атомной промышленности России;

● показать, что ядерная энергетика, является мощным базовым источником электрогенерации.

Предполагаемые результаты:

Обучающиеся знают:

● устройство атомной электростанций;

● виды ядерных реакторов;

● историю атомной промышленности России;

● расположение атомных электростанций России;

● основные пути декарбонизации.

Имеют представление:

● об основных вехах истории атомной энергетики;

● о ядерных реакторах;

● о принципе действия ядерной реакции;

● о сути термоядерного синтеза.

Способны:

● выделить преимущества АЭС с точки зрения отсутствия вредных выбросов в атмосферу;

● анализировать явление с закреплённой за ним ролью.

Необходимое обеспечение:

● Презентация к занятию;

● Технические средства для демонстрации презентации;

● Карточки с заданием для обучающихся.

Участники занятия:

● обучающиеся 7 – 8-х классов гимназии.

План проведения:

1. Введение в тему урока.
2. Виртуальная  экскурсия «Научно-техническая революция в СССР».
3. Атомные электростанции.
4. Виртуальная экскурсия на Обнинскую атомную станцию. 
5. Подведение итогов, рефлексия: оценка обучающимися полученных знаний и опыта.

Сценарий проведения занятия

1. Введение в тему урока.

Учитель: Можно ли получать энергию большой мощности и при этом не наносить вред природе? Как атомные технологии уже сегодня улучшают нашу жизнь? И что такое физика будущего? На эти и многие другие вопросы мы сможем получить ответ в ходе увлекательного занятия «Атомный урок.

Наше занятие приурочено к празднованию 75-летия отечественной атомной промышленности.

2. Виртуальная  экскурсия «Научно-техническая революция в СССР».

Учитель: Давным-давно людям была необходима энергия для приготовления пищи и обогрева жилища. Для этого люди изначально сжигали дрова, но со временем они стали все больше узнавать о том, как устроен мир, изучать природные явления, развивать науку и технологии. На смену или в дополнение дровам приходят новые источники энергии, найденные в глубинах земли: уголь, нефть и газ. На этом исследования человеком природы не прекратились, а продолжились в новых направлениях. Люди открывают электричество, изобретают и создают механический транспорт (паровозы и автомобили), учатся переводить тепло в другие виды энергии, строят электростанции и двигатели внутреннего сгорания. С развитием технологий и производства потребность в энергии значительно возрастает.

Какие виды электростанций вы знаете? Чем они отличаются друг от друга?

Ответы обучающихся

Учитель: Чтобы лучше узнать о том, какие бывают электростанции, выполним задание. Вам необходимо правильно соотнести описание электростанции и ее название. Работаете в группе.

Учитель раздает карточки с заданием. Обучающиеся выполняют задание, а затем с учителем проверяют правильность его выполнения.

Ответ: 1-В, 2-Г, 3-А, 4-Д, 5-Б.

Учитель: Двадцатый век ознаменовался значительным промышленным ростом. За 100 лет производство энергии выросло в 50 раз. Теперь мы не можем представить свою жизнь без транспорта, электроприборов, интернета. Ценой такого прогресса стало значительное повышение содержания углекислого газа в атмосфере Земли.

Он появляется при сжигании топлива, даже если вы не видите дым. Один килограмм угля при сжигании приводит к выбросу в атмосферу почти трех килограммов углекислого газа.

3. Атомные электростанции.

Учитель: Помимо сжигания топлива, человечество издревле научилось использовать энергию рек, ветра и Солнца. Многие из вас видели ветряные и водяные мельницы, а некоторым посчастливилось прокатиться по водной глади на паруснике, разгоняемом силой ветра.

На сегодняшний день во всем мире строят сотни ветряных, солнечных и гидроэлектростанций. Это так называемые возобновляемые источники энергии: их нельзя исчерпать, они восстанавливаются за счет природных процессов.

Однако все эти электростанции не способны в одиночку заменить для нас сжигание дров, угля, нефтепродуктов. Дело в том, что ветер не всегда дует, а солнечные панели бесполезны ночью. Необходим источник энергии, который будет, с одной стороны, безопасным для природы, а с другой — стабильно выделять энергию в любое время дня в течение многих лет. И тут нам на помощь приходит ядерная физика.

Всё, что мы наблюдаем вокруг, состоит из атомов. Их устройство достаточно простое. В центре атома есть ядро, а вокруг него двигается рой из легких электронов. Вокруг ядра атома может быть разное количество электронов, от этого количества зависят свойства вещества, которое из этих атомов и состоит. Объединяя атомы разных веществ, мы можем получить энергию. Например, как при горении: атомы углерода, из которых состоит уголь, соединяются с атомами кислорода из воздуха. Этот процесс дает энергию. Но сто лет назад оказалось, что куда выгоднее не соединять целые атомы, а делить ядра самых больших из них.

В недрах Земли содержится редкий металл – уран. Его ядро очень большое и «некрепкое». Если его потревожить, оно непременно распадается на части. При этом выделяется энергия, для которой пришлось бы соединить десятки миллионов атомов углерода.

Эффективность применения ядерного топлива поражает. Сравните: в год современная атомная электростанция потребляет 20 тонн урана и выделяет столько энергии, сколько выделилось бы при сжигании 2 500 000 тонн угля, что соответствует выбросу в атмосферу 7 миллионам тонн углекислого газа.

Атомная электростанция — комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений, предназначенный для производства электрической энергии.

В качестве топлива станция использует уран-235. Наличие ядерного реактора отличает АЭС от других электростанций.

На АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии.

1. Ядерная энергия переходит в тепловую,
2. Тепловая энергия переходит в механическую.
3.  Механическая энергия преобразуется в электрическую.

РЕАКТОР

Основой станции является реактор — конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Уран-235 делится медленными (тепловыми) нейтронами. В результате выделяется огромное количество тепла.

ПАРОГЕНЕРАТОР

Тепло отводится из активной зоны реактора теплоносителем — жидким или газообразным веществом, проходящим через ее объем. Эта тепловая энергия используется для получения водяного пара в парогенераторе.

ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

Механическая энергия пара направляется к турбогенератору, где она превращается в электрическую и дальше по проводам поступает к потребителям.

Атомная станция представляет собой комплекс зданий, в которых размещено технологическое оборудование. Основным является главный корпус, где находится реакторный зал. В нём размещается сам реактор, бассейн выдержки ядерного топлива, перегрузочная машина (для осуществления перегрузок топлива), за всем этим наблюдают операторы с блочного щита управления (БЩУ).

Основным элементом реактора является активная зона(1). Она размещена в бетонной шахте. Обязательными компонентами любого реактора являются система управления и защиты, позволяющая осуществлять выбранный режим протекания управляемой цепной реакции деления, а также система аварийной защиты – для быстрого прекращения реакции при возникновении аварийной ситуации. Все это смонтировано в главном корпусе.

Есть также второе здание, где размещается турбинный зал(2): парогенераторы, сама турбина. Далее по технологической цепочке следуют конденсаторы и высоковольтные линии электропередач, уходящие за пределы площадки станции.

На территории находятся корпус для перегрузки и хранения в специальных бассейнах отработавшего ядерного топлива. Кроме того, станции комплектуются элементами оборотной системы охлаждения – градирнями(3) (бетонная башня, сужающаяся кверху), прудом-охладителем (естественный водоем, либо искусственно созданный) и брызгальными бассейнами.

В зависимости от типа реактора на АЭС могут быть 1, 2 или 3 контура работы теплоносителя. В России наибольшее распространение получили двухконтурные АЭС с реакторами типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор).

АЭС С 1-КОНТУРНЫМИ РЕАКТОРАМИ

Одноконтурная схема применяется на атомных станциях с реакторами типа РБМК-1000. Реактор работает в блоке с двумя конденсационными турбинами и двумя генераторами. При этом кипящий реактор сам является парогенератором, что и обеспечивает возможность применения одноконтурной схемы. Одноконтурная схема относительно проста, но радиоактивность в этом случае распространяется на все элементы блока, что усложняет биологическую защиту.

АЭС С 2-КОНТУРНЫМИ РЕАКТОРАМИ

Двухконтурную схему применяют на атомных станциях с в водо-водяными реакторами типа ВВЭР. В активную зону реактора подается под давлением вода, которая нагревается. Энергия теплоносителя используется в парогенераторе для образования насыщенного пара. Второй контур нерадиоактивен. Блок состоит из одной конденсационной турбины мощностью 1000 МВт или двух турбин мощностью по 500 МВт с соответствующими генераторами.

АЭС С 3-КОНТУРНЫМИ РЕАКТОРАМИ

Трехконтурную схему применяют на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем типа БН. Чтобы исключить контакт радиоактивного натрия с водой, сооружают второй контур с нерадиоактивным натрием. Таким образом схема получается трехконтурной.

В настоящее время в России действует:

• 4 АЭС с одноконтурными реакторами;
• 6 АЭС с двухконтурными реакторами;
• 1 АЭС с трехконтурными реакторами.

В мире на сегодня насчитывается более 200 атомных электростанций, которые производят около 15% всей мировой электроэнергии. Лидером в технологии строительства АЭС на сегодняшний день является Россия.

Интенсивное развитие ядерной энергетики можно считать одним из средств борьбы с глобальным потеплением. К примеру, по подсчетам экспертов, атомные станции в Европе ежегодно позволяют избежать эмиссии около 700 миллионов тонн СО2. Действующие АЭС России ежегодно предотвращают выброс в атмосферу около 210 млн тонн углекислого газа. Таким образом, ядерная энергетика, являясь мощным базовым источником электрогенерации, вносит свой вклад в декарбонизацию.

4. Виртуальная экскурсия на Обнинскую атомную станцию. 

Учитель: В нашей стране в 1954 году запустили первую в мире атомную электростанцию, впервые атом получил мирное применение. Вам приходилось слышать о ней?

Ответы обучающихся (Обнинская АЭС, Калужская область)

Учитель: Сейчас мы отправляемся на экскурсию.

5. Подведение итогов, рефлексия: оценка обучающимися полученных знаний и опыта.

Учитель: Что для вас было самым важным сегодня на уроке? О чем бы вы хотели узнать больше? О чем из сегодняшнего вы бы хотели рассказать своим близким?

Ответы обучающихся.

Карточка с заданием

Задание: соедините стрелками тип электростанции и её описание.

План проведения занятия