Мета уроку:

1. Сформувати уявлення про атомну енергію, її природу та джерела, ознайомити учнів із принципом роботи атомних електростанцій (АЕС) та роллю атомної енергетики у сучасному світі. 

2. Розвивати логічне мислення, навички аналізу, вміння формулювати висновки на основі наукових фактів.

3. Формувати відповідальне ставлення до використання енергії та розуміння екологічних аспектів атомної енергетики. .

Після уроку учні зможуть:

• пояснити, що таке атомна енергія;

• назвати основні джерела атомної енергії;

• розповісти про принцип роботи атомних електростанцій;

• оцінити переваги та ризики використання атомної енергетики.

У 1905 році Альберт Ейнштейн сформулював знамените рівняння E=mc², яке показало, що маса та енергія є двома формами однієї сутності. Це рівняння пояснило, чому навіть невелика кількість речовини може містити величезну кількість енергії.

У 1898 році Гергард Шмідт та П'єр Кюрі і Марія Склодовська-Кюрі відкрили випромінювання торію. Пізніше Кюрі відкрили полоній та радій.

У 1903 році подружжю Кюрі було присуджено Нобелівську премію. На сьогодні відомо близько 40 природних елементів, яким властива радіоактивність.

У 1938 році Отто Ган і Фріц Штрассман відкрили явище поділу ядра урану під дією нейтронів. Це відкриття стало ключовим для розвитку ядерної енергетики.

Ядерні реакції

Існує два типи ядерних реакцій: поділ ядра та синтез ядра.

• Поділ ядра - це процес розщеплення важкого ядра атома на два або більше легших ядер. Під час поділу ядра вивільняється велика кількість енергії. Цей процес використовується в ядерних реакторах для виробництва електроенергії.

• Синтез ядра - це процес з'єднання легких ядер атомів в одне важке ядро. Під час синтезу ядра вивільняється ще більша кількість енергії, ніж під час поділу ядра. Цей процес відбувається в зірках, де утворюються нові хімічні елементи.

Ядерна енергетика

Ядерна енергетика - це галузь енергетики, яка використовує ядерну енергію для виробництва електроенергії. Ядерні електростанції (АЕС) працюють на основі поділу ядра урану в ядерному реакторі.

Переваги ядерної енергетики:

• Велика кількість енергії: з невеликої кількості ядерного палива можна отримати дуже багато енергії.

• Стабільність: АЕС можуть працювати безперервно протягом тривалого часу, забезпечуючи стабільне електропостачання.

• Відсутність викидів парникових газів: на відміну від теплових електростанцій, АЕС не викидають в атмосферу шкідливі речовини, що сприяють глобальному потеплінню.

Недоліки ядерної енергетики:

• Ризик аварій: аварії на АЕС можуть призвести до радіоактивного забруднення великих територій.

• Радіоактивні відходи: відпрацьоване ядерне паливо є радіоактивним і потребує безпечного зберігання протягом тисяч років.

• Висока вартість будівництва: будівництво АЕС є дуже дорогим і потребує значних інвестицій.

• Важливою проблемою залишається захоронення радіоактивних відходів. Впродовж роботи атомного реактора в ньому накопичується велика кількість радіоактивних ізотопів із значним періодом напіврозпаду, які продовжуватимуть розпадатись ще тисячі років. 

Перспективи розвитку ядерної енергетики

Незважаючи на існуючі проблеми, ядерна енергетика залишається важливою галуззю енергетики. У світі тривають дослідження з метою підвищення безпеки АЕС, зменшення кількості радіоактивних відходів та розробки нових типів ядерних реакторів.

Особливу увагу вчені приділяють розвитку термоядерної енергетики, яка ґрунтується на реакції синтезу ядер. Термоядерна енергетика має потенціал стати екологічно чистою та практично невичерпною джерелом енергії.

Використання атомної енергії в інших сферах

Окрім виробництва електроенергії, атомна енергія використовується в багатьох інших сферах:

• Медицина: радіоактивні ізотопи використовуються для діагностики та лікування різних захворювань.

• Наука: атомна енергія використовується для проведення наукових досліджень у різних галузях, таких як фізика, хімія, біологія.

• Промисловість: радіоактивні ізотопи використовуються для контролю якості матеріалів, вимірювання товщини, рівня рідини тощо.

• Космос: атомні батареї використовуються для забезпечення енергією космічних апаратів, що працюють на великій відстані від Сонця.

Ядерні відходи

Під час роботи атомних електростанцій утворюються відходи з різним рівнем радіоактивності.  Ними керують по-різному, залежно від рівня  радіоактивності та призначення.

Завдання

Регіон «А» споживає ядерне паливо для задоволення власних енергетичних по­треб. Процес включає декілька етапів: видобуток уранової руди, збагачення ура­ну, використання палива в ядерних реакторах, утилізація та зберігання ядерних відходів.

Вхідні дані:

1. Видобуток. У регіоні А видобувають 500 т уранової руди на рік. Концентрація урану в руді становить 0,1 %.

2. Збагачення. Для використання в ядерних реакторах уран необхідно збагачу­вати до рівня 4 % ізотопу. Кількість урану, необхідного для виробництва 1 МВт електроенергії на рік, становить 20 кг збагаченого урану.

3. Споживання. Регіон А споживає 10 000 МВт електроенергії на рік, яка вироб­ляється за рахунок ядерних реакторів.

4. Відходи. Після використання уранового палива в реакторі 95 % його маси перетворюється на відходи. Відходи складаються з радіоактивних ізотопів з різними періодами напіврозпаду.

Запитання:

1. Скільки чистого урану отримають із 500 т уранової руди на рік?

2. Скільки кілограмів збагаченого урану (4%) необхідно для виробництва 10000 МВт електроенергії на рік?

3. Скільки тонн уранової руди потрібно для отримання цій кількості збагаченого урану?

4. Скільки кілограмів урану буде використано в ядерних реакторах для виробництва необхідної кількості електроенергії?

5. Яка маса відходів утвориться після використання урану в ядерних реакторах на рік?