Физика · конспекты
★0
Физика › 9 класс › Ядерные реакции

Тема 45Ядерная энергетика. Действие радиации на живые организмы

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Ядерный реакторПоглощённая доза излученияядерное топливозамедлительрегулирующие стержнитеплоносительзащитаэквивалентную дозуменьше временибольше расстояниеэкранМедицина

Энергию цепной реакции научились использовать мирно — в атомных электростанциях.

Ядерный реактор

Определение

Ядерный реактор — установка, в которой идёт управляемая цепная реакция деления ядер.

Главные части реактора:

  • ядерное топливо — стержни (ТВЭЛы) с ураном;
  • замедлитель (вода, графит) — замедляет нейтроны: медленные нейтроны лучше делят уран-235;
  • регулирующие стержни (бор, кадмий) поглощают нейтроны; опуская или поднимая их, поддерживают k=1k=1;
  • теплоноситель (вода) уносит тепло;
  • защита — толстые оболочки из стали и бетона.
Водо-водяной реактор: топливо, регулирующие стержни, парогенератор, защитная оболочка
Водо-водяной реактор: топливо, регулирующие стержни, парогенератор, защитная оболочка Иллюстрация: light-fizika.ru

Атомная электростанция

Тепло реактора превращает воду в пар, пар вращает турбину, турбина вращает генератор — получается электрический ток. Первая в мире АЭС заработала в 1954 году в Обнинске.

Схема АЭС: реактор (1), парогенератор (2), турбина (3), конденсатор (4), генератор (5)
Схема АЭС: реактор (1), парогенератор (2), турбина (3), конденсатор (4), генератор (5) Иллюстрация: light-fizika.ru

Плюсы АЭС: топлива нужно очень мало, нет выбросов углекислого газа. Минусы: радиоактивные отходы и риск тяжёлых аварий, как в Чернобыле (1986) и на Фукусиме (2011).

Действие радиации на живые организмы

Ионизирующее излучение разрушает молекулы клеток, в том числе ДНК. Большие дозы вызывают лучевую болезнь, малые повышают риск заболеваний.

Определение

Поглощённая доза излучения — энергия излучения, поглощённая 1 кг вещества: D=E/mD=E/m; единица — грей (Гр).

Для оценки вреда используют эквивалентную дозу (единица — зиверт, Зв). Она учитывает, что альфа-излучение при той же поглощённой дозе опаснее бета- и гамма-излучения. Естественный радиационный фон даёт человеку около 2–3 мЗв в год.

Запомни

Как защититься от радиации: меньше времени рядом с источником, больше расстояние до него, экран между человеком и источником (свинец, бетон, вода). В заражённой зоне нельзя есть и пить.

Применение радиоактивных изотопов

  • Медицина: диагностика (меченые атомы, позитронно-эмиссионная томография), лучевая терапия опухолей, стерилизация инструментов.
  • Сельское хозяйство: облучение семян, сохранение продуктов.
  • Техника: поиск дефектов в деталях, датчики.
  • Археология и геология: определение возраста находок.
Позитронно-эмиссионная томография. Лучевая терапияПозитронно-эмиссионная томография. Лучевая терапия
Позитронно-эмиссионная томография. Лучевая терапия Иллюстрация: light-fizika.ru
Опыт с облучением семян кукурузы разными дозами
Опыт с облучением семян кукурузы разными дозами Иллюстрация: light-fizika.ru
Пример решения

Тело массой 50 кг поглотило энергию излучения 0,5 Дж. Найдите поглощённую дозу.

D=Em=0,550=0,01D=\dfrac{E}{m}=\dfrac{0{,}5}{50}=0{,}01 Гр = 10 мГр.

Образ для запоминания

Защита от радиации — «ВРЭ»: Времени — поменьше, Расстояния — побольше, Экран — потолще.

⚗ Мини-опыт

Управляйте реактором: поднимайте и опускайте регулирующие стержни. Удержите мощность на зелёной полосе. Что случится, если поднять стержни слишком высоко?

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Зачем в реакторе регулирующие стержни?
Замедляет нейтроны замедлитель, тепло уносит теплоноситель.
2В каких единицах измеряют поглощённую дозу?
1 Гр = 1 Дж/кг; в зивертах — эквивалентная доза.
3Как защититься от радиации?
Излучение ослабевает с расстоянием и в веществе.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Что такое ядерный реактор?

    Ответ

    Установка для управляемой цепной реакции деления ядер.

    Как получилось?

  2. Зачем нужен замедлитель?

    Ответ

    Медленные нейтроны лучше вызывают деление урана-235.

    Как получилось?

  3. Где и когда заработала первая в мире АЭС?

    Ответ

    В Обнинске в 1954 году.

    Как получилось?

  4. Как изменить мощность реактора?

    Ответ

    Поднимая или опуская регулирующие стержни.

    Как получилось?

  5. Где применяют радиоактивные изотопы?

    Ответ

    В медицине, сельском хозяйстве, технике, археологии и геологии.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Человек массой 70 кг получил дозу 0,02 Гр. Сколько энергии излучения поглотило его тело?

    Ответ

    E=Dm=0,02⋅70=1,4E=Dm=0{,}02\cdot70=1{,}4 Дж.

    Как получилось?

  2. Почему альфа-излучение почти безопасно снаружи, но очень опасно, если источник попал внутрь организма?

    Ответ

    Снаружи альфа-частицы задерживает кожа, а внутри они отдают всю энергию клеткам на крошечном участке и сильно их повреждают.

    Как получилось?

  3. Назовите плюсы и минусы атомных электростанций.

    Ответ

    Плюсы: мало топлива, нет выбросов углекислого газа. Минусы: радиоактивные отходы, риск аварий, дорогая защита.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Ядерный реактор
Установка, в которой идёт управляемая цепная реакция деления ядер.
Поглощённая доза излучения
Энергия излучения, поглощённая 1 кг вещества: D=E/mD=E/m; единица — грей (Гр).
Регулирующие стержни
Поглощают нейтроны и поддерживают k = 1.
Защита от радиации
Меньше время, больше расстояние, толще экран.
Первая АЭС
Обнинск, 1954 год.
Эквивалентная доза
Учитывает вред разных излучений; единица — зиверт (Зв).

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.