《核能利用與環(huán)境保護(hù)》參考教案

5/6核能利用與環(huán)境保護(hù)三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能（1）知道什么是核反應(yīng)和核電站的原理；（2）知道原子彈和氫彈的原理；（3）知道核能的優(yōu)勢(shì)及其對(duì)人類(lèi)和自然產(chǎn)生的嚴(yán)重危害，了解防范放射線的措施，建立防范意識(shí)。2、過(guò)程與方法：滲透和安全地開(kāi)發(fā)利用自然資源的教育。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生收集信息、應(yīng)用已有知識(shí)、處理加工信息、探求新知識(shí)的能力。教學(xué)重點(diǎn)：核電站和核武器反應(yīng)過(guò)程中遵循的規(guī)律。教學(xué)難點(diǎn)：核電站和核武器反應(yīng)過(guò)程中遵循的規(guī)律。教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：（1）掛圖，實(shí)驗(yàn)器材模型，課件等；（2）多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實(shí)物投影、放像、課件播放等。一、核電站核能發(fā)電的原理和水力、火力發(fā)電廠有同樣的共通點(diǎn)，就是設(shè)法使渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)切割磁場(chǎng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)生電能。其中主要的不同點(diǎn)在于推動(dòng)渦輪機(jī)所用的動(dòng)力來(lái)源。水力電廠以大量的急速流動(dòng)水(例如由水壩或瀑布引出)直接推動(dòng)渦輪機(jī)，而核能電廠與火力電廠則利用大量高溫、高壓之水蒸氣推動(dòng)渦輪機(jī)，其中核能電廠是靠核分裂所釋放出的能量、火力電廠則是靠燃燒煤炭、石油或天然氣等化石燃料以產(chǎn)生蒸汽。核能發(fā)電利用鈾燃料進(jìn)行核分裂連鎖反應(yīng)所產(chǎn)生的熱，將水加熱成高溫高壓，核反應(yīng)所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多(相差約百萬(wàn)倍)，比較起來(lái)所以需要的燃料體積比火力電廠少相當(dāng)多。核能發(fā)電所使用的的鈾235純度只約占3%--4%，其余皆為無(wú)法產(chǎn)生核分裂的鈾238。舉例而言，核四廠每年要用掉80噸的核燃料，只要2支標(biāo)準(zhǔn)貨柜就可以運(yùn)載。如果換成燃煤，需要515萬(wàn)噸，每天要用20噸的大卡車(chē)運(yùn)705車(chē)才夠。如果使用天然氣，需要143萬(wàn)噸，相當(dāng)于每天燒掉201核能發(fā)電萬(wàn)桶家用瓦斯。換算起來(lái)，剛好接近全臺(tái)灣692萬(wàn)戶(hù)的瓦斯用量。核能發(fā)電的原理圖示二、原子彈原子彈是一種沒(méi)有減速劑、不加控制的爆炸性鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裝置。在原子彈中，利用高效炸藥的聚心爆炸，將兩塊或多塊濃縮度為90%以上的高純度核裝料，原子的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的形成：一種方法是將濃度90%以上的高純度核裝U每塊都達(dá)不到臨界體積。利用普通炸藥引爆，使兩塊U92235擠合到一起，達(dá)到臨界體積，同時(shí)中子源釋放中子引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而引發(fā)劇烈爆炸。另一種方法是“內(nèi)爆法”，將沒(méi)有達(dá)到臨界狀態(tài)的裂變材料，被放在周?chē)恼ㄋ幾兂沙R界狀態(tài)，同時(shí)提供一些中子，使裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能持續(xù)進(jìn)行，從而發(fā)出巨大的能量。有兩種實(shí)現(xiàn)的方法，即槍法和內(nèi)爆法。核能發(fā)電與核子武器完全不同，主要差別在于:1.核能發(fā)電借著控制棒來(lái)控制能量釋放的速率，使能量慢慢釋放出來(lái);而原子彈要的就是不受任何控制的瞬間爆炸。打個(gè)比方，核能電廠就像比VOLOV更重視安全，有7重煞車(chē)的高級(jí)房車(chē)能跟一輛沒(méi)有煞車(chē)橫沖直撞的貨柜車(chē)相提并論嗎？2.核能發(fā)電用的是3～5%濃度的核燃料，與原子彈使用濃度90%的鈾235，后果當(dāng)然不同！比方來(lái)說(shuō)，淺酌一杯冰啤酒能消暑解渴，如果喝一杯濃度90%的藥用酒精，恐怕就得送醫(yī)急救了?；鹆Πl(fā)電簡(jiǎn)圖(燃燒化石燃料產(chǎn)生水蒸氣帶動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電)(與火力發(fā)電一樣，只是產(chǎn)生水蒸氣的方法不同)三、核能的優(yōu)勢(shì)與危害核能的開(kāi)發(fā)利用是一個(gè)循序漸進(jìn)的長(zhǎng)期進(jìn)程，按其科技難度和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的前景展望，大致可分為三個(gè)階段：第一階段是熱中子反應(yīng)堆，第二階段是快中子增殖堆，第三階段是可控聚變堆。這三階段需要互相銜接和交叉，逐步進(jìn)入實(shí)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。積極發(fā)展核電，因?yàn)楹四苡衅錈o(wú)法取代的下列優(yōu)點(diǎn)：(1)核能是地球上儲(chǔ)量最豐富的能源，又是高度濃集的能源。1t金屬鈾裂變所產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于270萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。地球上已探明的核裂變?nèi)剂?，即鈾礦和釷礦資源，按其所含能量計(jì)算，相當(dāng)于有機(jī)燃料的20倍，只要及時(shí)開(kāi)發(fā)利用，便有能力替代和后續(xù)有機(jī)燃料。更進(jìn)一步說(shuō)，地球上還存在大量的聚變核燃料氘，能通過(guò)聚變反應(yīng)產(chǎn)生核能。1t氘聚變產(chǎn)生的能量相當(dāng)于1100萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，氘即重水中的“重氫”，普通水中有七千分之一的重水，故地球上存在約40萬(wàn)億t氘。所以聚變反應(yīng)堆成功以后，能源真可謂取之不盡，用之不竭，人類(lèi)將不再為能源問(wèn)題所困擾。(2)核電是清潔的能源，有利于保護(hù)環(huán)境。目前世界上大量燃燒有機(jī)燃料的后果是足堪憂慮的。燃燒后排出大量的二氧化硫、二氧化碳、氧化亞氮等氣體，不僅直接危害人體健康和農(nóng)作物生長(zhǎng)，還導(dǎo)致酸雨和大氣層的“溫室效應(yīng)”，破壞生態(tài)平衡。比較起來(lái)核電站就沒(méi)有這些危害。核電站嚴(yán)格按照國(guó)際上公認(rèn)的安全規(guī)范和衛(wèi)生規(guī)范設(shè)計(jì)，對(duì)放射性三廢，原則上是回收處理儲(chǔ)存，不往環(huán)境排放，排往環(huán)境的只是處理回收后殘余的一點(diǎn)尾水尾氣，數(shù)量甚微，對(duì)環(huán)境沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的影響。(3)核電站堅(jiān)持安全第一、質(zhì)量第一的方針，正確設(shè)計(jì)、高質(zhì)量建造和按規(guī)范運(yùn)行的核電站，其安全是有保證的。(4)核電的經(jīng)濟(jì)性能與火電競(jìng)爭(zhēng)。電廠每kw·h的成本是由建造折舊費(fèi)、燃料費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)這3部分組成的。主要是建造折舊費(fèi)和燃料費(fèi)。核電廠由于考究安全和質(zhì)量，建造費(fèi)高于火電廠，但燃料費(fèi)低于火電廠，火電廠的燃料費(fèi)約占發(fā)電成本的4O％～6O％，而核電廠的燃料費(fèi)則只占2O％左右?？偟乃闫饋?lái)，核電廠的發(fā)電成本是能與火電相競(jìng)爭(zhēng)的。(5)發(fā)展核電有利于減輕交通系統(tǒng)對(duì)燃料運(yùn)輸?shù)呢?fù)擔(dān)。1座100萬(wàn)kW的燃煤火電機(jī)組每天需燒煤約1萬(wàn)t，1年約需300萬(wàn)t，而1座lOOkW的核電機(jī)組每年僅需核燃料30t，可見(jiàn)核燃料運(yùn)輸量?jī)H是煤運(yùn)輸量的十萬(wàn)分之一，大大減輕交通運(yùn)輸負(fù)擔(dān)。(6)以核燃料代替煤和石油，有利于資源的合理利用。煤和石油都是化學(xué)工業(yè)和紡織工業(yè)的寶貴原料，能用它們創(chuàng)造出多種產(chǎn)品。它們?cè)诘厍蛏系膬?chǔ)藏量是很有限的；作為原料，它們要比僅作為燃料的價(jià)值高得多。所以，從合理利用資源的角度來(lái)說(shuō)，也應(yīng)逐步以核燃料代替有機(jī)燃料。核能被視為高效、清潔的能源。1954年蘇聯(lián)建成世界第一座核電站，如今全世界有15%的電力依靠核能提供。然而，核能在提供能源的同時(shí)，核電站事故、放射物質(zhì)泄漏等災(zāi)難性事故時(shí)有發(fā)生?！?957年10月10日，英格蘭西北部的溫德斯凱爾(現(xiàn)改名塞拉菲爾德)核電站的一座反應(yīng)堆起火，釋放出放射性云霧。核電站附近的農(nóng)場(chǎng)產(chǎn)品被禁售一個(gè)月，數(shù)十人因遭受核輻射而罹患癌癥死亡?！?979年3月28日發(fā)生在美國(guó)賓夕法尼亞州薩斯奎哈河三哩島核電站的一次嚴(yán)重放射性物質(zhì)泄漏事故。然而事故對(duì)環(huán)境和居民都沒(méi)有造成危害和傷亡，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的放射性影響。三哩島的核反應(yīng)堆外面有護(hù)罩，當(dāng)核燃料熔毀時(shí)，這時(shí)還有第三重的保護(hù)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)緊急抽注大量的冷卻水灌注入護(hù)罩內(nèi)，將護(hù)罩內(nèi)部淹沒(méi)。故三哩島的核能事故雖也是最嚴(yán)重的核燃料熔毀事故，其放射能外泄量實(shí)際上乃是微不足道，但至少15萬(wàn)居民被迫撤離?！?986年4月26日，烏克蘭切爾諾貝利核電站4號(hào)反應(yīng)堆發(fā)生爆炸，造成30人當(dāng)場(chǎng)死亡，8噸多強(qiáng)輻射物泄漏。作為世界上影響最大的一次民用核電泄漏事故，1986年4月26日凌晨發(fā)生在切爾諾貝利的許多細(xì)節(jié)，至今仍令人驚魂未定。1986年4月26日，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的第4號(hào)核反應(yīng)堆在進(jìn)行半烘烤實(shí)驗(yàn)中突然發(fā)生失火，引起爆炸。據(jù)估算，那次核泄漏事故后產(chǎn)生的放射污染相當(dāng)于日本廣島原子彈爆炸產(chǎn)生的放射污染的100倍，8噸多強(qiáng)輻射物質(zhì)泄露，塵埃隨風(fēng)飄散，致使俄羅斯、白俄羅斯和烏克蘭許多地區(qū)遭到核輻射的污染，超過(guò)33.6萬(wàn)名的居民被迫撤離。由于這次事故，核電站周?chē)?0公里范圍被劃為隔離區(qū)，附近的居民被疏散，莊稼被全部掩埋，周?chē)?000米內(nèi)的樹(shù)木都逐漸死亡。在日后長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，10公里范圍以?xún)?nèi)將不能耕作、放牧；10年內(nèi)100公里范圍內(nèi)被禁止生產(chǎn)牛奶。據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，完全消除這場(chǎng)浩劫的影響最少需要800年。到現(xiàn)在，參加救援工作的60萬(wàn)人中，已有6萬(wàn)人喪生，7萬(wàn)人成為殘疾人，30多萬(wàn)人受到放射傷害。當(dāng)時(shí)綠色和平組織報(bào)告稱(chēng)，死于核污染的人至少在20萬(wàn)人。烏克蘭共有250萬(wàn)人因切爾諾貝利核事故而身患各種疾病，其中包括47.3萬(wàn)兒童。在烏克蘭的核受害者中最常見(jiàn)的是甲狀腺疾病、造血系統(tǒng)障礙疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及惡性腫瘤等?！?993年4月6日，俄羅斯西伯利亞托姆斯克市附近的托姆斯克化工廠的一個(gè)裝滿放射性溶液的容器發(fā)生爆炸，釋放出大量的放射性氣體，泄漏的放射性物質(zhì)污染面積達(dá)1000公頃，并引起大火，附近的幾個(gè)村莊被迫整體遷移。●1999年9月30日，日本茨城縣東海村一家核燃料制造廠發(fā)生核物質(zhì)泄漏事故，造成兩名工人死亡，數(shù)十人遭到不同程度輻射，附近居民被疏散避難。●2002年7月19日,位于韓國(guó)慶尚北道慶州市附近的月城核電站3號(hào)機(jī)組4日晚間發(fā)生核泄漏事故，22名職工受到輕度核輻射。據(jù)報(bào)道，該核電站的3號(hào)機(jī)組4日晚間正在進(jìn)行冷卻水泵維修作業(yè)時(shí)，約45公升的重水突然外泄，使正在作業(yè)的22名職工受到微弱的核輻射?！?004年8月9日，日本關(guān)西電力公司位于東京以西約350公里處的反應(yīng)堆發(fā)生渦輪機(jī)房?jī)?nèi)蒸氣泄漏事故，導(dǎo)致4人