Разработка диспут-урока по физике на тему Атом ядросының физикасы (11 класс)

№54 орта мектебі

Тақырыбы:

«Атом ядросының физикасы»

Сыныбы: 11«А»

Пән мұғалімі: Бегімбаева Қ.М.

Атом ядросының физикасы

Сабақтын мақсаты:

Оқушылардың «Атом ядросының физикасы» жөнінде алған білімдерін

пікір-талас арқылы көрсете білу.

Сабақтың барысы:

1. Ұйымдастыру кезеңі.

2. Мұғалімнің кіріспе сөзі.

3. Ғалымдардың ғылыми жетістігі оқушылар көзімен.

4. Қорытынды.

Мұғалім: Бүгін балалар, сіздер өздеріңіз дайындаған пікір-талас сабағын өткізесіздер. Өткен сабақта ығысу ережесімен таныстық. Ал, альфаның ыдырау туралы айтып жіберейікші!

1-оқушы: Бүгінгі сабақтың басты тақырыбы атом ядросының физикасы,оның ішінде ядролық энергия. Ядролық энергияның пайдасы мен зияны жайлы сөз қозғау. Біз бұл тақырыпта ғалымдардың тұжырымдамаларына өз пікірімізді де қоса аламыз.

Себебі, Қазақстан жастары, Қазақстан болашағы біз. Сондықтан Отанмызды, халқымызды гүлдендірер бізбіз.

Жерұйығым - Жер-ана - санабағым,

Келіп тұрар әлпештеп, аялағым.

Мәңгі жаса, жұмыр Жер - асыл анам,

Болсын дәйім тәнің сау, басың аман!

Бұл атом ядросы, ядролық энергия бізді бейтарап қалдырмауы тиіс.

1 - оқушы: Ядролық энергия жайлы мағлұмат алайық.

2-оқушы: Ядролық энергияның дамуы мен табыстары. Ядролық энергияны алу үшін елімізде түрлендіру тұңғыш рет 1954 жылы іске асырылды. Обнинск қаласында қуаты 5000 кВт алғашқы атом электр станциясы (АЭС) іске қосылды. Ядролық реакторда бөлініп шығатын энергия, суды буға айналдыру үшін пайдаланылған,ал ол болса генераторға байланысты турбинаны айналдыратын болған. Соңғы 20 жыл ішінде пайдалануға берілген Нововоронеж, Санк-Петербург, Курс, Кольс атом электр станциялары осы принцип бойынша жұмыс істейді. Бұл станциялардың реакторларының қуаты 500-1000 МВт.

Органикалық отынмен жұмыс істейтін жылу электр станцияларына қарағанда , атом электр станцияларының артықшылығы бар. Атом электр станциялары атмосфералық оттегіні қажет етпейді, айналадағы ортаны күлмен және жану өнімдерімен ластамайды. Жылулық реакторларда уран тек 1-2% пайдаланылады. Шапшан нейтрондармен жұмыс жасайтын реакторларда уран толық пайданылады, оларды сондай-ақ плутоний түріндегі жаңа ядролық отын қайта өндіреді. 1958 жылы Белоярск атом электр станциясына дүние жүзінде тұңғыш рет қуаты 600 МэВ шапшаң нейтрондардағы реактор іске қосылды. Маңғыстау облысының Ақтау қаласында «Токомак» реактор зауыты және Өскеменде Үлбі радиоактивті заттарды байытатын зауыт бар.

3-оқушы: Егер оны ақыл ойға салып қолданса, онда оның көмегімен Жер бетіндегі энергия мәселесін , жанармаймен ауыстыруға, қолдануға ыңғайлы, түтінсіз, энергияны басқа ештеңемен ауыстыруға болмайды. Энергияны адам шексіз қолданса, адам құдіретті болады, бірақ адам оған дайын емес.

1-4 оқушы: Ядролық энергетиканы тиімді пайдалану жолы бар ма?

2-оқушы: Ядролық реакторда бөлініп шығатын энергия суды буға айналдыру үшін пайданылған, ал ол болса генератормен байланысқан турбинаны айналдыратын болған.

1-оқушы: Осы тақырып нұсқасында Эрнест Резерфордтың пікірін тыңдасақ.

4-оқушы: Ағылшын физигі Эрнест Резерфорд Кембридж университетінің профессоры және Кимбридж зертханасының директоры болған.

Ол 1871 - 1937 жылдар аралығында Жаңа Зеландияда өмір сүрген, Резерфорд өзінің эксперименттік жаңалықтарымен, қазіргі атом құрылысы мен радиоактивтік туралы ілімнің негізін салды. Ол тұңғыш рет радиоактивті заттардың сәулелерінің құрамын анықтаған. Эрнест Резерфорд бірінші рет атом ядросының бар екенін ашып, алғашқы жасанды атом ядроларын жасанды түрлендіруді жүзеге асырды. Оның жасаған барлық тәжірибиелері ерекше қарапайымдылығымен және айқындылығымен құнды. Өзіміз білетіндей ағылшын физигі Э.Резерфорд атомның планетарлық моделін алғаш ұсынған. Оның шәкірті ағылшын физигі Ч.Джеймс нейтральды электрлік элементар бөлшекті, яғни нейтронды ашып, оның массасы протонның массасымен бірдей екендігін дәлелдеген.Сонымен бірге Резерфордпен Нильс Бор да жұмыс істеген. Қазіргі кезге дейін Кембридж университетінде Резерфордтың жұмысын жалғастыруда.

1-оқушы: Э.Резерфордтың ізбасары ма?

4-оқушы: Әрине жалғастыруда.

1-оқушы: Данияның ұлы физигі Нильс Борға сөз береміз.

5-оқушы: Ядролық энергияның массалық атомдарды жою ретінде қолданылатынын тек ол ғана білген жоқ. Ол туралы осы салада жұмыс істеген ғалымдарда білді. Ол басында жұмыстардың құпия орындалуын ұсынған. (Екінші дүниежүзілік соғыс жақындаған сайын, неміс ғалымдары атомдық қаруды ойлап табуға жақын еді) Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін Нильс Бор ядролық қаруға тиым салуға үлкен үлес қосты.

1-оқушы: Енді физик, әрі химик реактивтік туралы ілімді жасауда аса бағалы үлес қосқан Мария Склодовская-Кюриге сөз беріледі.

6-оқушы:Көрнекті физик , әрі химик, реактивтік туралы ілімді жасауда аса бағалы үлес қосқан, Польшада мұғалім семьясында туып, Францияда ері Пьер Кюримен жұмыс істейді. Париж университетінің тұңғыш әйел профессоры.

1-оқушы: Радиоактивті элементтер полоний мен радийді ашуға ат салысқан, олардың қасиеттерін зерттеген француз ғалымы Пьер Кюриге сөз береміз.

7-оқушы: Пьер Кюри - француз физигі, ол бар болғаны отыз бес жыл ғана өмір сүрді, жол апатынан қайтыс болды. Ерлі - зайыпты Пьер Кюри мен Мария Склодовская-Кюри радиоактивті элементтерді зерттеумен шұғылданды. Олар уранның радиактивтілігін зерттеді және полоний(Мария Склодовская-Кюридің туған жері Польшаның құрметіне), радий( күндегі деген сөз) сияқты радиактивті элементтер ашты. Бірақ, бүгінгі күннің ең басты тақырыбы - олар радиактивті элементтердің тірі организмге әсерін зерттеді.

6-оқушы: Мария Склодовская-Кюри өзінің ері Пьер Кюримен бірігіп жаңа реактивті элементтерді ашып қана қоймай , олардың қасиеттерін зерттеді. Алғашқы ашқан элементке Мария Склодовская өзінің Отаны Польшаның құрметіне - полоний деп атаған Уран рудаларын өңдеу мен анализдің классикалық әдісін жасады, бірқатар жылдар бойы радиактивті сәуле шығарудың қасиетін зерттеді. 1934-жылы Мария Склодовская-Кюри белгісіз аурудан қайтыс болады. Кейіннен дәрігерлер көптеген жылдар бойы радиоактивті заттармен шұғылданғандықтан, сәуле шығарудың организмге ең алдымен жұлынға зақым келтіретінін дәлелдеді. Соның салдарынан қанның пайда болу процесі бұзылады екен. Мария Склодовская физика мен химия саласы бойынша Нобель сыйлығын екі мәрте алған тұңғыш әйел-ғалым. Пьер Кюри, Мария Кюри, қызы Ирэн Кюри мен оның ері Федерик Жолио- Кюри төртеуі де Нобель сыйлығының иегерлері.

1-оқушы: Ядролық энергияның радиактивті элементтердің тірі организмге, табиғатқа әсері, қауіптілігі жайлы пікірді білу үшін биолог не дер екен?

8-оқушы: Ядролық энергия барлық тірі организмдерге күшті әсер етеді. Тірі клетка - бұл жеке бөліктері аз ғана зақымдағанның өзінде, өзінің қауіпті тіршілігін әрі қарай жалғастыра алмайтын күрделі механизм. Сәуле шығарудың өмірге қауіпті дозасының өзі ешқандай ауырғандық сезім туғызбайды. Сәуле шығарудың объектілерін білдіру механизмі әлі жеткілікті зерттелмеген. Бірақ олардың атомдары мен молекулалары иондайтындығы және де олардың химиялық активтілігін өзгертетіндігі анық. Сәуле шыаруға гез бөлінетін клеткалардың ядросы өте сезімтал. Организмге ең алдымен, жұлынға зақым келтіреді, соның салдарынан қанның пайда болу процесі бұзылады. Одан әрі ас қорыту жолының бүлінуі басталады.Сәуленену тұқым қуалауға күшті әсерін еткізеді. Көбінесе, бұл өте жағымсыз әсер болып есептелінеді. Радиациядан қорғанудың халықаралық комиссиясы сәуле шығарумен байланысты жұмыс істейтін адамдар үшін бір жыл ішіндегі шектік доза - 0,05 Гр (грей) тағайындаған. Қысқа мерзім ішінде алынған 3 - 10 Гр-ге дейінгі сәуле шығару дозасы өлім қауіпін туғызады.

9-оқушы: Дозаны немен өлшейді және қалай анықтайды?

8-оқушы: Дозаны өлшейтін құрал - дизиометр. Оны анықтайтын формула: D=E/m.

1-оқушы: Италияның ұлы физигі, ядролық ракцияларды жүзеге асырушы Энрико Ферми туралы тыңдайық.

Оқушы-10: Энрико Ферми 1901 - жылы Римде дүниеге келген. Ол ядролық реакцияның жүзеге асырылуына ықпал еткен, үлес қосқан итальян ғалымы. Ферми 1938-жылы Америкага қоныс аударады. Ол Диракпен бір мезгілде электрондар мен басқа бөлшектердің кванттық-статистикалық теориясын жасады. Ферми нейтрондық физикадан бірнеше іргелі жаңалықтар ашты.

Ол қазіргі кванттық теорияның түп нұсқасы альфа-ыдырауының сандық теориясын құрды. Кейін Ферми бірінші рет атомдық бомбаның жүзеге асырылуына ат салысты.

1-оқушы: Игорь Васильевич Курчатов салыстырмалы өмір сүру уақыты көп болатын қозған ядролық күйлердің бар екендігін ашты. Осы ғалымтуралы не білеміз

11-оқушы: И. В. Курчатов орыс физигі. 1903-жылы Ресейде туған. 1943 жылдан бастап ол атомдық проблемалармен байланысты ғылыми еңбектермен айналысып келді. Курчатовтың басқаруымен 1946 жылы бірнеше атомдық реактор және уран-графикалық реакторы, сонымен қатар қуатты реакторлар жасалса, 1949 жылы бірінші Кеңестік атом бомбасын жасаған. Осы жұмыстар арқасында Курчатов көптеген тәжірибелер жүргізіп атомдық бомбаны және су асты ядролық жарылысты 1953 жылы сынақтан өткізеді.

Осы тәжірибелердің нәтижесі баста өте ауыр жағдайға әкеліп соқты, одан кейін екінші рет жасалған тәжірибе нәтижесінде алдынғыға қарағанда жеңілдеу шықты.Курчатовтың басқаруымен 1954 жылы алғаш рет әлемде атом электр станциясы іске қосылды, оны қысқаша АЭС-деп атап,ол қазір Москваға қарасты Обнинск қаласында орналасқан. Қазіргі уақытта да жұмысын жалғастыруда.

12-оқушы: Осы атом бомбасы қай жерде сыналған?

13-оқушы: Бұл атом бомбасы Қазақстан жерінде, атап айтқанда Семей өңірінде сынақтан өткізіледі. Осыған мен біраз материалдарды оқығаннан кейін көз жеткізгенім, сынақтың кесірінен табиғат, жан-жануарлар, әсіресе адамзат зардап шегуде. Сынақ зор апат әкелді. Бүлінген нәрсе қашан орнына келеді?!

оқушы: Ядролық реакция кезінде бөлінетін энергия неге тең? Бұл Резерфорд жасаған радиактивті элементтің алынуы. Сол кездегі химиялық реакцияны жазамыз:

Энергияның сақталу заңы

Зарядтың сақталу заңы

энергия жұмсалды.

Ядролар түрленіп отырып жұтылады, яғни Бор постулаты бойынша атом энергиясы аз күйден көп күйге өтеді.

оқушы: Қазақ халқының ұлы перзенттері Абай, Шәкәрім, Мұхтар дүниеге келген жерлерде, яғни бұрынғы Семей, Павлодар, Қарағанды облыстарының түйіскен жерінде орналасқан Семей ядролық полигоны Қазақстан жерін қасіретке ұшыратты. Семей полигоны 1949-1963 жылға дейін үздіксіз жұмыс жасағанда, ауада - 138 рет, жер бетінде - 28 рет, жер астында - 348 рет ядролық жарылыс болған. Сонда жылына 14-18 рет сынақ болып тұрған.

Ғалымдардың пікірі бойынша әрбір эксперименттік қондырғы мен оның жер астында сынақтан өткізу құны орта есеппен 30 млн. сомға тең. Әскерилер ұзақ жылдар бойы жұмған аузын ашпай, кейіннен полигонның жергілікті халықтың денсаулығына бәлендей зияны жоқ деп мәлімдесе де, полигон айналадағы табиғатқа, адамның денсаулығына аса қатерлі еді.Дәрігерлер мен фельдшерлер рактан, лейкоздан және иондаушы радиацияға байланысты туындаған басқа да аурулардан қайтыс болғандарға дәл диагноз қоюға тыйым салынды. КСРО денсаулық сақтау министрлігі бұл аймақта медициналық тексерулер жүргізуге де тыйым салынды, ал әскери дәрігерлер жүргізген тексерістердің нәтижесі аса құпия сақталып, ядролық полигон әрекеті салдарынан келген зардап көлемі туралы мәліметтер жасырын ұсталды. Елбасының жарлығы бойынша 1991 жылы Семей полигонын жабу туралы жарлық қабылданды. Ауада - 138 рет, жерде - 28 рет, жер астында - 348 рет, осы көрсеткіштерге қараңыздаршы! Бұл-сұмдық қой! Бұл Қазақстан жеріне әкелген үлкен қасірет деп тұжырымдаймын.

Оқушы : Жаңа сіздер Ақеркенің есебінде ядролық реакция кезінде бөлініп шығатын энергияны көріңіздер. Осы ядролық реакторда катализатор ретінде пайдаланылатын ауыр сутегі - дейтерийдің нейтрон мен протонға ыдыраған кездегі энергиясын есептейік. Ол үшін біз дейтерийдің формуласын жазамыз: . Енді дейгерийдің ядролық құрамын жазамыз:

А=2 z=1 N=1

Эйнштейннің атақты формуласы:

E=mc² м.а.б.=931 МэВ

Бұдан мұндағы

1*1,00783+1*1,00866-2,01410=2,01649-2,01410=0,00239 м.а.б.

Е=2,23 МэВ

1-Оқушы: Бүгінгі ядролық энергияның пайдасы мен зияны жайлы өз пікірлерін ортаға салуға физиктерге сөз беріледі.

Оқушы: 1945-жылы 6-9 - тамызда Жапонияның Хиросима және Нагасаки қалаларында ядролық жаралыс болды. 1945-жылы 6-тамызда таңғы сағат сегізде Хиросима қаласының бойынан американың әскери ұшағы көрінді. Ол «Малыш» деп аталатын ядролық бомбаны жарды. Соның салдарынан көп адамдар, жануарлар , өсімдіктер яғни жалпы айтқанда тірі организмдер зардап шекті.Бомба тасталған жерде күлден басқа ештене қалған жоқ. Бомба жарылған жерде ештене өспейтін болғандықтан, ол жерге басқа жерден топырақ әкеліп төсейді. Осы күнге дейін сол қайғылы күндер Шығыс елінің азаматтарының есінде, өйткені олар сол жарылыстың құрбаны болды. Олар басқа елдерді тірі организмге қауіпті техниканы қолданбауға шақырды.

Оқушы: Маған бұл мәселені қозғау өте қиын.Менің ойымша мемлекет әл-қуатты қорған болуы тиіс. Бірақта, өзіміздің халқымызға зиян келтірмей, оларға қамқор бола алмасаң, бұл мақсатқа жету мүмкін бе?

Семей облысында ауада, суда, жер астында да жарылыстар болды. Олар қуатты Хиросиммаға түскен жарылыс қуатынан 2,5 есе артық! Бұл аудандарға түскен жарылыстардан адамдар ешқашан қауіпсіздендірілмеген. Сосын ғалымдар жарылыстың радиациялық әсерін зерттеген. 1961-жылы адамдарды тексеретін арнайы диспансер ұйымдастырылды. Осы материалдар бойынша медециналық қызметкерлер 7 доктырлық және 12 кандидаттық диссертация қорғады. Бұл мәліметтер радиацияға ұшыраған халықтың 30%-ті рак ауруымен ауырғанын, ата-анадан имундық қасиеті төмен, әлсіз дүниеге келгеннен және туылғаннан ақыл-есі кем, мүгедек балалардың туылуы көбейіп кеткендігін көрсетеді. Семей полигонында 343 жер асты ядрролық жарылыстар өткізілді, жылына орта есеппен 14-18 сыңақ өткізіледі. Ядролық жарылыстың кері әсерінайта берсе өте көп.

1-оқушы: Археологиядағы радиактивті изотоптар жайында.

Оқушы : Байырғы органикалық заттардың (ағаштың, ағаш көмірінің, тканьның және т.б. ) жасын анықтау үшін радиоактивті көміртегі әдісі қызық қолдау тапты. Өсімдіктер де жартылай ыдырау периоды Т=5700 жал радиоактивті изотопы әрқашан болады. Ол жер атмосферасында пайда болады. Организм өлген соң оның радиактивті көміртегімен толтырылуы тоқтайды. Бұл изотоптың қалғаны радиоактивтіктін есебінен азаяды. Органикалық қалдықтардағы СО-н процентін таба отырып, оның жасын, егер ол 50 000, тіпті 100 000 жыл шамасында жатқан болса да анықтауға болады. Осындай жолмен Египет мумияларының, ерте заианғы ошақ оты қалдықтарының, т.б. жасы анықталады. Мысалы оғпн байланысты мына есепті шығарайық.

Егепитте табылған Сезострис патшасының табытынан ашылған тақтайды зерттегенде, оның бойындағы радиоактивті көміртегінің изообының 1,58 есе кемігені анықталған. Осы деректерді пайдалана отырып табыттың жерленген мерзімін табу керек.

Берілгені: Шешуі:

=·немесе 1,58=

lg1.58=

0.199=

т/к: t-?

Жауабы: 2750 жыл

Сонда 2750 жыл бұрын табыт жерленген.

Сол сияқты Есік қорғанынан табылған Алтын адамның да жерленген уақыты анықталған. Ол шамамен 1500 жылға тең.

Оқушы: 1954 жылы Обнинск қаласында АЭС Курчатовтың қатысуымен ядролық энергияны бейбіт мақсатта қолдану және дамыту үшін салынған. Бұл дүниежүзіндегі ең бірінші электр станциясы, үзіліссіз жұмыс істейтін қазіргі заманғы өндіріс. Қазіргі уақытта Балқаш көлінде АЭС салғалы жатыр. Кейбір ғалымдар оған наразылығын білдіруде. Мен бұл жайлы өз пікірімді білімімді толықтырғаннан кейін айта аламын.

Оқушы : Сіздер көрдіңіздер ме, қала, бірақ тұрғындары жоқ. Орман іші жеміс-жидекке толы, бірақ жинауға болмайды. Осының бәрі бізде бар. Сол қорқынышты оқиғадан бері 20 жылдан астам уақыт өтті. Радиоактивті қалдықтардың түтіні мен жалынынан шыққан саңырауқұлақ түнде Припять қаласынан шығып еді. Чернобыль жеріндегі АЭС-да атом реакторы жарылысы болғаннан кейін, ол жердің тұрғындары өмір сүрген орындарын тастап кетуге мәжбүр болды. Өздерінің сүйікті көшелерін, үйлерін, ауылдарын ұмытуларына тура келді. Ол адамдар ешқашан туған жерлеріне қайтып орала алмайды! Өйткені ол жерлер бос даладай қалды. Ол жерде өлім бар. Ол өлім көрінбейді, отсыз, дәмсіз, иіссіз - радиоактивті сәулелер. Чернобыль жерінен 300 км қашықтықтың өзінде радиоактивті тозаңдар ормандар мен егістік жерлерді, үйлерді басып жатыр. Тіпті, 500 км қашықтықтың өзінде бұл тозаңдардың бар екені белгілі. АЭС-на жақынырақ орналасқан 500-ден астам ауылды жерлердің ауасына радиоактивті цезий, стронций, плутоний таралған. Жердің әр бөлігінде өлі зоналар бар, осының бәріне кінәлі ядролық энергия.

1-оқушы: Ядролық реактор, ядролық энергия жөнінде ой толғайық.

Оқушы : Алғашқы уран бөлінуінің тізбекті реакциясын АҚШ-та 1942 жылы желтоқсан айында Энрико Ферми бастаған ғалымдар тобы жүзеге асырды.

Оқушы : Ядролық энергия туралы әлі де көп айта беруге болады. Оның адамға алып келген пайдасы да, зияны да бар. Мен бұл ядролық энергияны қолдану мәселесіне тоқталғым келеді. Бұл энергия - түтінсіз, қолдануға ыңғайлы, бірақ ол бәрібір қалдық береді. Мысалы: радиоактивті болған құралдар, бұл қалдықтарды жай ғана лақтыра салуға болмайды, оны қорғасыннан жасалған контейнерлерге салып жерасты көмбелерге салу керек. Бұл көмбе 100-150 м жер астында салынады. Осы кезде неліктен деген сұрақ туады. Себебі - радиоактивті қалдықтар да өздігінен сәулелер шығарады. Көмбе жасау өте қымбат, бірақ қалдықтарды басқаша сақтауға болмайды. Бір ұтымды жағы, ядролық энергияны қолдану, ал ұтылатыны қалдықтарды көмбеге көму проблемасы. Екіншіден, қорқыныштысы реактордың жарылуы. Бұл жер бетіндегі тірі ағза үшін үлкен зиян, жарылыс бірнеше рет қайталанса, онда дүниежүзінде ядролық қыс басталып жер бетінде тіршілік жойылады.

1-оқушы: Қорытынды.

Енді бүгінгі сабақта ядролық физика , оның ішінде ядролық энергияның құрылымы мен түрлену, пайдасы мен зияны жайлы біраз мағлұмат алдық. Осы атомдық физиканы алдыңғы өткен тараумен , яғни кванттық физиканы байланыстыра отырып, өз ойымызбен бөлістік.

Мұғалім: Міне, өздеріңіздің алған, өз беттеріңізше дайындаған білімдеріңізді пікірлеріңізбен, ойларыңызбен толықтыра алдыңыздар. Өмірлеріңізге бақыт, сәттілік тілеймін.