Урок 45. Деление и синтез ядер. Атомная энергетика. Обобщение по теме «Квантовые явления»
Предмет: Физика, 9 класс

Урок 45. Деление и синтез ядер. Атомная энергетика. Обобщение по теме «Квантовые явления»

На этом уроке

Вы узнаете:

Какие частицы и ядра образуются при делении ядер урана.
Как происходит процесс цепной ядерной реакции.
Какие реакции называют термоядерными.
Как устроен атомный реактор.

Ключевые слова

Деление ядер; цепная реакция деления; критическая масса; термоядерная реакция; Токамак; атомные электростанции; ядерный реактор; ядерные отходы.

Основное содержание урока

Ядро урана при попадании в него нейтрона начинает делиться.

В результате образуется два тяжёлых осколка и два-три нейтрона.

При этом освобождается энергия, которая представляет собой кинетическую энергию ядер-осколков, нейтронов и γ-квантов.

Образовавшиеся в результате первого деления нейтроны смогут разделить новые ядра урана, и при этом делении снова образуются нейтроны. После каждого деления увеличивается число нейтронов и происходит всё больше делений.

Цепная ядерная реакция – это самоподдерживающаяся реакция деления тяжёлых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие всё новые и новые ядра.

Наименьшая масса вещества, при которой возможно протекание цепной реакции, называется критической массой.
Термоядерная реакция – реакция слияния (синтеза) лёгких ядер, протекающая при высоких температурах.

В результате термоядерных реакций, происходящих на Солнце, четыре ядра водорода (протона) образуют ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов.

Энергетический выход реакций слияния примерно в шесть раз больше, чем реакций с делением тяжёлых ядер.

Установки, на которых эта энергия преобразуется в электрическую, называются атомными электростанциями.
При делении ядер 1 кг урана-235 в среднем выделяется столько энергии, сколько выделяется при сжигании примерно 2000 т нефти или 3000 т каменного угля.
Атомный реактор предназначен для осуществления управляемых цепных ядерных реакций. Главная часть реактора – активная зона.

Схема активной зоны реактора

Топливо для реактора представляет собой таблетки из оксида урана-235 и запакованные в тепловыделяющие элементы – ТВЭЛы.
Замедлители – замедляют нейтроны, выделяющиеся при цепных реакциях. Их применяют, чтобы ядерное топливо использовалось максимально эффективно.
Регулирующие стержни состоят из материалов, поглощающих нейтроны. Они служат для управления цепной реакцией.
Снаружи активная зона реактора окружена отражателем нейтронов, который не позволяет нейтронам покидать активную зону.

Принцип работы атомной электростанции: тепло, выделяющееся в реакторе, нагревает циркулирующую в реакторе воду и превращает её в пар. Пар подаётся на турбину электрогенератора, который преобразует кинетическую энергию пара в электроэнергию.
Преимуществом ядерной энергетики является отсутствие вредных выбросов в атмосферу при расходе ядерного топлива.
Одной из основных и очень серьёзных проблем является хранение и переработка радиоактивных отходов.

Разбор типового тренировочного задания

На атомных электростанциях используется энергия, выделяющаяся в результате:

любых ядерных реакций
сжигания каменного угля и нефти
термоядерной реакции
цепной реакции деления

Ответ: цепной реакции деления.

Разбор типового контрольного задания

На атомных электростанциях:

атомная энергия преобразуется во внутреннюю
атомная энергия преобразуется в электрическую
механическая энергия преобразуется в атомную
кинетическая энергия преобразуется в атомную

Ответ: атомная энергия преобразуется в электрическую.