Позакласна робота

Диспут:   Ядерна енергія - за чи проти?

Мета:   В евристичній бесіді розглянути поставлене в темі уроку запитання:

            "За чи проти ядерній енергії?" Показати переваги та проблеми

             використання ядерної енергії. Особливу увагу при проведенні уроку-

            диспуту приділити екологічному вихованню дітей.

Заздалегідь ознайомлюю учнів з темою уроку. Коротко обговорюємо структуру проведення диспуту, під час обговорення виділяються групи дітей, які підтримують використання ядерної енергії і які є ₍ противниками цього. З цих груп утворюю дві партії: «науковці» — за використання ядерної енергії, «екологи»  - проти. Представники партій отримують домашнє завдання: підготувати матеріал для аргументації своїх поглядів.

Ті учні, які ще не визначились, прийматимуть участь в обговоренні поставленого в темі уроку запитання.

Вступне слово вчителя: За давньогрецькою легендою титан Прометей допоміг Зевсові в його битві з Кроносом. Після перемоги Зевс вирішив знищити попередній рід людський і замість нього створити новий, кращий. Для початку Зевс відібрав у людей вогонь. Але Прометей викравши вогонь з кузні Гефеста, повернув його людям, а також навчив їх мистецтву, письму, землеробству. Розгніваний Зевс прикував Прометея до скелі в Скіфії, куди кожного дня прилітав орел і клював печінку Титана. Крім того Зевс створив першу жінку нового покоління - Пандору, з глини і води. їй було доручено оберігати посудину з людськими бідами. Але змучена цікавістю Пандора розкрила посудину і всі земні негаразди і нещастя розлетілися по світу, а на дні залишилася тільки надія, яка замінює людям щастя.

Ця стародавня легенда найбільш частіше згадується в атомній фізиці. Найчастіше згадують Пандору з її посудиною - як образ нерозумного використання атомної енергії, часто Прометея - добувшого атомний вогонь ціною неймовірних мук, але зовсім рідко - кінець легенди, де Геркулес убиває орла і розриває ланцюги, Зевс пробачає Прометея, а кентавр Хірон помирає, замість нього даруючи Прометею своє безсмертя.

То що ж це таке - ядерна енергія? Посудина Пандори, чи героїчний Геракл, який розв'язує усі проблеми? Для більшості людей страх перед ядерною енергією можна порівняти хіба, що зі страхом первісних людей перед блискавкою. Люди говорять, що не було б Хіросіми, Чорнобиля... раку. А що ж тоді Беккерель, подружжя Кюрі, Резерфорд, Содді, Ейнштейн, Мейтнер, Фермі... - ціле покоління геніальних вчених (серед яких більшість лауреатів Нобелівської премії) працювали дарма?

Сьогодні на уроці спробуємо дати відповідь на ці запитання. Клас поділимо на 2 партії: зелених - "проти", жовтих - "за" ядерну енергію.

Перше слово "за": обмеженість джерел енергії: Наука свідчить, що на землі через 50-100 років вичерпаються запаси нафти і газу, ще через 300-500 років запаси вугіллі, що при теперішніх темпах забруднення наша планета уже в цьому столітті буде непридатна для життя, і що вона може обігріти і нагодувати тільки в три рази більше людей, ніж тепер.

Сучасні темпи електроспоживання ростуть в геометричній прогресії. Якщо навіть врахувати, що темпи електроспоживання скоротяться через удосконалювання енергозберігаючих технологій, запасів енергетичної сировини вистачить максимум на сто років.

Альтернативою органічному паливу є гідроенергетика. Але це джерело енергії також обмежене, через те, що великі ріки зазвичай віддалені від промислових центрів. Величезний потенціал енергії Сонця міг би, теоретично, забезпечити усі світові потреби енергетики. Але можливості сонячної енергетики обмежені при створенні електростанцій великих потужностей. Для станцій потужністю 1 млн. кВт площа сонячних перетворювачів повинна бути 100 км² .

Принципові труднощі виникають і при аналізі можливостей створення генераторів великої потужності, що використовують енергію вітру, припливи і відпливи в океані, геотермальну енергію, біогаз, рослинне паливо... Ці фактори обмежують розвиток цих джерел енергії. Через високу капіталоємність для їх освоєння потрібно кілька десятиліть.

Єдиним конкурентом органічному паливу є ядерна енергетика, яка вже зараз забезпечує 20% світового виробництва електроенергії. Основними перевагами атомних електростанцій є висока кінцева рентабельність та відсутність викидів у атмосферу продуктів згоряння. АЕС потужністю 1000 МВт спалює за день 1 кг ₉₂ ²³⁵U, ТЕС - 50 вагонів вугілля чи стільки ж цистерн нафти. Перевагою є також незалежність від транспортування палива. Використання ядерного палива не вимагає кисню. Тому фахівцям цілком зрозуміло, що ядерна енергія є єдиним реальним джерелом забезпечення енергією людства в найближчому майбутньому.

Виступ партії «екологів» - проти ядерної енергії: Але ядерна енергія - це і атомна бомба. Весною 1934 року, невдовзі після відкриття штучної радіоактивності, угорський вчений Лео Сцилард взяв патент на першу атомну бомбу, дію якої він уявляв собі як вибух в результаті ланцюгової реакції розмноження нейтронів в берилії. Після того як Кюрі опублікував свої результати, в яких говорилося, що ланцюгова реакція в урані можлива, Сцилард написав відомий лист про наступаючу загрозу цивілізованому світу від використання ядерної зброї. В серпні 1939 року із підписом Ейнштейна цей лист був відісланий президенту СІЛА Рузвельту. Політики не почули застереження вчених.

О 8-й годині ранку 6 серпня 1945 року радарні установки в японському портовому місті Хіросімі виявили три літаки, що наближалися до японських берегів. У цьому не було нічого дивного. Війна програна. Це вже очевидно. І капітуляція Японії була питанням найближчих днів. Тому поява американських бомбардувальників Б-29 не викликала занепокоєння у населення міста. Трудовий день починався як звичайно.

О 8-й годині 14 хвилин Клод Ізерлі пілот Б-29 радирував бомбардувальнику, якого вів за ним полковник Тіббетс: "Кидайте!" І атомна бомба полетіла на Хіросіму. Вибух стався в повітрі на висоті 500 м над землею. Спочатку з'явилася світла куля, яка розширилась до діаметра 800 м. Через кілька секунд куля вибухнула і перетворилася в море вогню, з якого піднявся білий стовп диму. Цей стовп продовжував наростати і, нарешті, набув форми величезного гриба заввишки 15-18 км. Через кілька секунд після вибуху в Хіросімі виник вогневий шторм. Вітер дув із швидкістю 64 км/год, дерев'яні будівлі горіли в радіусі 3 км, телефонні стовпи були зрізані на рівні землі. У районі радіусом 800 м було зруйновано всі будівлі незалежно від їх типу, а в радіусі 2,5 км пошкодження були такі значні, що їх ремонт виявився неможливим. За оцінкою японських представників влади, з 75000 будинків, що налічувалися в Хіросімі, повністю було зруйновано 50000, а частково 18000. Уламки падаючих будівель несли смерть і каліцтва тим, хто не загинув у морі вогню. "Миттєві опіки" (опіки, спричинені радіоактивним промінням) супроводжувалися тимчасовою сліпотою, надзвичайно спотворювали обличчя ("маска Хіросіми") і навіть обвуглювали шкіру.

У 1945 р. у Хіросімі було близько 300 тисяч жителів. За даними офіційних установ Японії і СІЛА, в день вибуху загинуло понад 60 тисяч чоловік, поранено близько 100 тисяч і тисяч пропали безвісти. У тих, хто залишився живим спостерігалися глибокі зміни в організмі. Ще і досі, через стільки років після катастрофи, трапляються смертельні випадки від проникаючої радіації. Через кілька днів після Хіросіми було скинуто плутонієву бомбу на Нагасакі з аналогічними результатами. Бомба, яку було скинуто на Хіросіму, за хвалькуватою заявою тодішнього президента СІЛА Трумена, за силою дорівнювала 20 тисячам тонн тринітротолуолу. А що ж тоді говорити про руйнівну силу сучасних бомб?

У місті Хіросімі споруджено пам'ятник жертвам катастрофи. На ньому напис: "Спіть спокійно, ми зробимо все для того, щоб це більше не повторилося."

Партія «науковців» - за ядерну енергію: Ядерні вибухи проводяться і в мирних цілях. їх використовують при ліквідації аварійних газових фонтанів, для інтенсифікації добування нафти, утворення підземних сховищ і наземних резервуарів для води.

Ядерний вибух потужністю 30000 тонн на глибині 1550 м забезпечив надійне перекриття аварійної свердловини з викидом 12 млн. м³ газу на добу, чого довго не вдавалося зробити іншими способами. За допомогою ядерного вибуху потужністю більше 100 тисяч тонн був створений штучний резервуар для води об'ємом в 20 млн. м³.

За останні роки в зв'язку з зростанням видобутку газу та нафтопродуктів, різко зросла потреба в підземних сховищах. З'ясувалося, що для їх утворення вигідно використовувати підземні ядерні вибухи в шарах кам'яної солі, які мають необхідні пластичні властивості. Так, порожнина об'ємом 20 тисяч м³ була утворена на глибині 1140 м ядерним вибухом потужністю 15000 тонн.

Мирні вибухи, даючи в руки людині нову область використання ядерної енергії, ще не розкрили повністю своїх можливостей і продовжують детально вивчатися вченими та інженерами.

Партія екологів. Виступ проти використання енергії атома: Найстрашнішою ядерною зброєю є воднева бомба. Говорячи про водневу бомбу не можна не згадати про найпотужнішу в світі бомбу занесену в книгу рекордів Іннеса. Така бомба була підірвана в колишньому СРСР на архіпелазі Нова Земля в вересні 1961 р. Вибухова хвиля обійшла земну кулю 3 рази, зробивши перший оберт за 36 год 27 хв. Потужність вибуху становила від 62 до 90 мегатонн вибухівки. В наслідок вибуху на багато сотень кілометрів від полігону майже за годину змінились умови проходження радіохвиль і перервався радіозв'язок. Потужність вибуху на Новій Землі в 10 раз перевищила сумарну потужність всіх вибухових речовин використаних всіма воюючими країнами за всі роки Другої світової війни, включаючи атомні вибухи над містами Японії.

Виступ за ядерну енергію: Енергія в термоядерних реакціях може розв'язати енергетичне питання.

Ядерна енергія може вивільнятися не тільки в процесі поділу важких ядер на осколки, а й під час з'єднання легких ядер у більш масивні:

₁²H+₁³H=₂⁴He+₀⁰n+ 17,6МеВ

Під час поділу одного грама урану -235 і синтезі одного граму гелію виділяється однакова кількість енергії. А якщо реакції синтезу зазнають всі ядра в одному грамі суміші дейтерію з тритієм, то виділяється у 8 разів більше енергії, ніж під час поділу ядер урану. І вартість дейтерію в сто раз менша, ніж урану -235, а його запаси практично не вичерпні. За висловлюванням академіка Тамма: "З дейтерію, що є в одному літрі води, можна добути стільки ж енергії, скільки з 350 л бензину. Отже, з енергетичного погляду 4 земні океани рівноцінні 1440 океанам бензину. Навіть при стократному збільшенні споживання енергії такого запасу вистачить людству на мільярди років".

Однак практично здійснити реакції ядерного синтезу дуже складно. Об'єднувані ядра повинні мати досить велику кінетичну енергію для подолання кулонівських сил відштовхування. Для цього потрібна температура в десятки мільйона градусів. При такій температурі будь-яка речовина перетворюється в плазму. Над розв'язанням проблеми керованого термоядерного синтезу працюють вчені багатьох країн.

Корисною є також реакція типу: ₁²H+₂³He=₂³He+₁¹p + 18,35МеВ.

На Землі ₂³Не надто мало, але у перспективі його можна возити з Місяця, де мільйони тонн цієї речовини прилетіли від Сонця й осіли на поверхні місячного ґрунту.

Нам не слід забувати, що вирішення проблеми термоядерного синтезу є глобальною проблемою людства, розв'язання її забезпечить нас невичерпним джерелом енергії.

Біологічна дія радіаційного випромінювання. Під впливом іонізаційного випромінювання атоми і молекули живих клітин іонізуються, в результаті чого відбуваються складні фізико-хімічні процеси, які впливають на характер подальшої життєдіяльності людини.

Згідно з одними поглядами, іонізація атомів і молекул, що виникає під дією випромінювання, веде до розірвання зв'язків у білкових молекулах, що призводить до загибелі клітин і поразки всього організму. Згідно з іншими уявленнями, у формуванні біологічних наслідків іонізуючих випромінювань відіграють роль продукти радіолізу води, яка, як відомо, становить до 70% маси організму людини. При іонізації води утворюються вільні радикали Н⁺ та ОН", а в присутності кисню - пероксидні сполуки, що є сильними окислювачами. Останні вступають у хімічну взаємодію з молекулами білків та ферментів, руйнуючи їх, в результаті чого утворюються сполуки, не властиві живому організму. Це призводить до порушення обмінних процесів, пригноблення ферментних і окремих функціональних систем, тобто порушення життєдіяльності організму.

Вплив радіоактивного випромінювання на організм людини можна уявити в дуже спрощеному вигляді таким чином. Припустімо, що в організмі людини відбувається нормальний процес травлення. їжа, що надходить, розкладається на більш прості сполуки, які потім надходять через мембрану усередину кожної клітини і будуть використані як будівельний матеріал для відтворення собі подібних, для відшкодування енергетичних витрат на транспортування речовин і їхню переробку. Під час потрапляння випромінювання на мембрану відразу ж порушуються молекулярні зв'язки, атоми перетворюються в іони. Крізь зруйновану мембрану в клітину починають надходити сторонні (токсичні) речовини, робота її порушується. Якщо доза випромінювання невелика, відбувається рекомбінація електронів, тобто повернення їх на свої місця. Молекулярні зв'язки відновлюються і клітина продовжує виконувати свої функції. Якщо ж доза опромінення висока, або дуже багато разів повторюється, то електрони не встигають рекомбінувати; молекулярні зв'язки не відновлюються; виходить з ладу велика кількість клітин; робота органів розладнується; нормальна життєдіяльність організму стає неможливою.

Відразу після аварії на ЧАЕС загинуло ЗО людей і 28 померло від гострої променевої хвороби. Але це далеко неповний перелік. У наш час люди помирають від різних хвороб, які були спричинені аварією. Вплив радіоактивних речовин може призвести до збільшення ризику генетичних хвороб, лейкемії, раку. Проте є ризик для здоров'я і при щоденній роботі на атомних станціях. Працівники атомних станцій піддаються впливу малих доз радіації.

Партія "науковців": Радіоактивні ізотопи різних хімічних елементів широко застосовуються в різноманітних галузях. Основні методи використання випромінюванням ядер можна розділити на чотири групи: мічені атоми (радіоактивні індикатори); використання проникаючої здатності випромінювань; використання іонізуючої здатності випромінювань; використання різних форм наведеної радіації.

За поведінкою радіоактивного ізотопу можна судити і про властивості хімічного елемента, який нас цікавить. Використання мічених атомів дало дуже цінні відомості в біології, хімії, медицині, фізіології, металургії.

За допомогою мічених атомів можна дістати інформацію про швидкість обміну речовин в тканинах живого організму, про швидкість крові в судинах людини і швидкість нафтопродуктів трубопроводами. За допомогою мічених атомів проводять діагностики різних захворювань, визначають як поживні речовини перемішуються рослинами...

В машинобудуванні мічені атоми допомагають визначити ступінь зношування деталей; властивості зміщуваних речовин; зношення підшипників.

Виступ проти ядерної енергії.

Катастрофа на ЧАЕС 26 квітня 1986 року трапилася під час проведення заключного (третього) експерименту, мета якого полягала у підвищенні стійкості реакторів перед миттєвою втратою електроживлення. Бажання авторів цього досліду будь-що довести його до кінця, помилки ненавченої на тренажерах команди молодих операторів у поєднанні з недоліками реактора і системами його керування (в кінці вигорання ядерного пального реактор набував схильності до саморозгону) призвели до серії вибухів різної природи, які зруйнували реактор і закінчилися викидом величезної кількості радіонуклідів.

Як сьогодні відомо з численних фактів вченимприродничникам, ще жодна катастрофа не мала таких тяжких екологічних наслідків, як Чорнобильська. Ця трагедія не національного, а глобального масштабу. В результаті вже загинуло багато тисяч людей. Колективна доза опромінення становила 20 млн людино-бер тільки в момент ліквідації аварії.

Сильним радіоактивним забрудненням уражено понад 5 млн га території України (32 райони шести областей), більша частина яких сільськогосподарські угіддя, забруднено 1,5 млн га лісів. Близько 1,7 млн чол проживає на території, де радіоактивний фон у багато разів перевищує допустимі норми. Дезактиваційні роботи, на які було в 1986-1989 роках витрачено мільйони, бажаних результатів не принесли.

У водах Прип'яті, Дніпра, Київського водосховища концентрація радіонуклідів і через багато років є в 10-100 разів вищою, ніж до аварії, а в мулових відкладах накопичилася величезна кількість радіоактивного бруду. Вважають, що у Київському водосховищі назбиралося вже більше 60 млн тонн радіоактивного мулу.

Велику небезпеку довкіллю завдають близько 1000 тимчасових могильників навколо АЕС, у яких знаходиться 40 млн м³ твердих відходів з сумарною радіоактивністю понад 200 тис Кі. Саркофаг над четвертим блоком також є ненадійним. З роками стає все більше радіоактивним, конструкції його просідають, деформуються.

Вплив Чорнобильської аварії на здоров'я людей дуже значний і буде проблемою не тільки для нас, а й для кількох прийдешніх поколінь. Ще у 1990 р. експертна комісія при Держплані колишнього СРСР оцінила збитки від катастрофи на ЧАЕС в 250 млрд крб.. Реальні ж витрати підраховувати важко. Наслідки цього лиха - вічні, глобальні і тепер можна лише говорити про пристосування біосфери.

Деяку інформацію для уроку підготував представник шкільного екологічного товариства.

Еколог: Загальна територія Рівненської області становить 20,1 тис км , площа зараженої території - 11,2 тис км². Усього в області проживає 1154500 чоловік, а на радіаційно забрудненій території - 407 тис, у тому числі 138,7 тисяч дітей. Радіаційно забруднені сільськогосподарські угіддя займають 250 тис га, або 31% від загальної площі, лісові масиви - 654 тис га, або 82%.

•         В Україні на радіоактивно забруднених територіях проживає понад 2,3 млн чоловік;

•         Площа радіоактивного забруднення території України становить 54,6 тис км²;

•         Близько   3,5   млн   чоловік   в   Україні   постраждали   від Чорнобильської катастрофи;

•         До зон радіоактивного забруднення віднесено 2293 населені пункти;

•         4400000  млн  га лісів  України забруднено  радіонуклідами внаслідок аварії на ЧАЕС;

•         Із найзабрудненіших районів були евакуйовані за чотири місяці 91,2 тис жителів.

Вплив Чорнобильської аварії на здоров'я людей дуже значний і буде проблемою не тільки для нас, а й для кількох прийдешніх поколінь. Уже в 1992-1994 роках в Житомирській і Київській областях, як і в Бєларусі, за даними Міністерства охорони здоров'я України, у жительок забруднених радіонуклідами районів значно збільшилася кількість народження недоношених дітей і калік, кількість тяжких ускладнень вагітності (у 2,5-3 рази), є серйозні генетичні зміни здоров'я. В результаті потрапляння радіоактивних речовин в організм у багатьох людей була уражена щитовидна залоза, виникла променева хвороба. Нині спостерігається тенденція до збільшення онкологічних захворювань, захворювань ендокринної системи, систем кровообігу, травлення, а також захворювань, пов'язаних з імунною системою. У зв'язку з тим, що у продуктах викиду перевагу мають довго живучі радіонукліди, зараження буде тривалим.

•         Україна після Чорнобиля стала першою в історії людства державою, яка свою ж територію, за площею в європейську країну, що лежить тільки в одній сотні кілометрів від столиці, офіційно визнала непридатною для життя, назвавши її зоною відчуження. Площа цієї зони 2600 км².

•         50000000 кюрі - сумарний випад радіоактивних речовин;

•       Еквівалент вибуху четвертого реактора - 500 хіросімських бомб.

Думка слухачів:

Вислухавши дискусію я віддала перевагу «екологам», які проти ядерної енергетики. Існують великі проблеми, пов'язані з нею. Проте ці проблеми могли б зникнути, коли покращивсяб «людський фактор». Я вважаю, що це саме головне, потрібно мати висококваліфікованих робітників, і тоді «мінусів» в ядерній енергетиці буде менше. Але все ж таки є деякі «плюси» і тому ми не можемо відмовитися від цього джерела енергії. Я сподіваюся, що у майбутньому більшість цих проблем буде вирішено!

Мінуси ядерної енергетики

1.     Радіоактивні відходи.

2.     Проблема витоку радіації.

3.     Технологію і сировину мирних атомних програм можна використати для створення ядерної зброї.

4.     Техногенних викидів.

5.     „Людський" фактор.

6.     Чорнобильська проблема.

Плюси ядерної енергетики

1.     Обмеження джерел енергії.

2.     Проведення ядерних вибухів у мирних цілях.

3.     Енергія в термоядерних реакціях може розв'язати енергетичне питання.

4.     Застосування радіоактивних ізотопів.

Заключне слово вчителя. За роки, що минули після Чорнобильської

катастрофи, світова спільнота, і Україна в тому числі, відреагувала правильно: істотно підвищилася безпека АЕС, хоча це вимагало значних фінансових витрат. І все ж електроенергія, що виробляється на АЕС, зберегла конкурентоспроможність на світовому ринку.

В Україні волею долі можливостей для вибору зараз майже немає. Атомна енергетика є, і в недалекому майбутньому залишається одним із "наріжних каменів" економіки. Торік на п'яти українських АЕС потужністю 12 млн кВт вироблено 43% від загального обсягу виробленої електроенергії. Частка атомної енергетики у ВВП країни досягає 4,5%, тоді як у 1990 році вона становила 1,5%.

Електроенергія атомних станцій конкурентоспроможна. Собівартість одного кВТ/год, виробленого на АЕС, в 2,5 рази нижче, ніж у тепло станцій. Продукцію українських АЕС цілком можна продавати, в тому числі і за кордон. Пригадаємо, що на початку 90-х Україна експортувала її майже на 500 млн доларів нарік. При цьому можлива довгострокова стратегія: ресурс, тобто термін життя основного обладнання, що залишився, українських АЕС ще досить великий. Тобто, використано тільки 45%, у той час як ресурс теплової енергетики вироблено на 90%. Тим більше, що за ядерне паливо, за його зберігання і переробку в Красноярському краї РФ потрібно витрачати 400 млн доларів на рік, що в 4 рази менше за витрати на органічне паливо для ТЕС.

Ядерну енергетику, навіть і після Чорнобиля, потрібно розглядати як національне надбання. Якби її довелося сьогодні створювати знову, то потрібні були б 15 млрд доларів і 10 років роботи. На щастя цей сприятливий етап припав на досить скрутний період в історії України. І цю обставину гріх не використати. Але треба робити це кваліфіковано: не допускати деградації обладнання, дуже дбайливо ставитися до робітників, інженерів, учених..