《核能利用与环境保护》参考教案

5/6核能利用与环境保护三维教学目标1、知识与技能（1）知道什么是核反应和核电站的原理；（2）知道原子弹和氢弹的原理；（3）知道核能的优势及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。2、过程与方法：渗透和安全地开发利用自然资源的教育。3、情感、态度与价值观：培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。教学重点：核电站和核武器反应过程中遵循的规律。教学难点：核电站和核武器反应过程中遵循的规律。教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。教学用具：（1）挂图，实验器材模型，课件等；（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。一、核电站核能发电的原理和水力、火力发电厂有同样的共通点，就是设法使涡轮机转动，以带动发电机切割磁场，将机械能转变为产生电能。其中主要的不同点在于推动涡轮机所用的动力来源。水力电厂以大量的急速流动水(例如由水坝或瀑布引出)直接推动涡轮机，而核能电厂与火力电厂则利用大量高温、高压之水蒸气推动涡轮机，其中核能电厂是靠核分裂所释放出的能量、火力电厂则是靠燃烧煤炭、石油或天然气等化石燃料以产生蒸汽。核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍)，比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%--4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238。举例而言，核四厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉201核能发电万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。核能发电的原理图示二、原子弹原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置。在原子弹中，利用高效炸药的聚心爆炸，将两块或多块浓缩度为90%以上的高纯度核装料，原子的链式反应的形成：一种方法是将浓度90%以上的高纯度核装U每块都达不到临界体积。利用普通炸药引爆，使两块U92235挤合到一起，达到临界体积，同时中子源释放中子引起链式反应，从而引发剧烈爆炸。另一种方法是“内爆法”，将没有达到临界状态的裂变材料，被放在周围的炸药变成超临界状态，同时提供一些中子，使裂变链式反应能持续进行，从而发出巨大的能量。有两种实现的方法，即枪法和内爆法。核能发电与核子武器完全不同，主要差别在于:1.核能发电借着控制棒来控制能量释放的速率，使能量慢慢释放出来;而原子弹要的就是不受任何控制的瞬间爆炸。打个比方，核能电厂就像比VOLOV更重视安全，有7重煞车的高级房车能跟一辆没有煞车横冲直撞的货柜车相提并论吗？2.核能发电用的是3～5%浓度的核燃料，与原子弹使用浓度90%的铀235，后果当然不同！比方来说，浅酌一杯冰啤酒能消暑解渴，如果喝一杯浓度90%的药用酒精，恐怕就得送医急救了。火力发电简图(燃烧化石燃料产生水蒸气带动涡轮机发电)(与火力发电一样，只是产生水蒸气的方法不同)三、核能的优势与危害核能的开发利用是一个循序渐进的长期进程，按其科技难度和实现产业化的前景展望，大致可分为三个阶段：第一阶段是热中子反应堆，第二阶段是快中子增殖堆，第三阶段是可控聚变堆。这三阶段需要互相衔接和交叉，逐步进入实用，实现产业化。积极发展核电，因为核能有其无法取代的下列优点：(1)核能是地球上储量最丰富的能源，又是高度浓集的能源。1t金属铀裂变所产生的能量，相当于270万t标准煤。地球上已探明的核裂变燃料，即铀矿和钍矿资源，按其所含能量计算，相当于有机燃料的20倍，只要及时开发利用，便有能力替代和后续有机燃料。更进一步说，地球上还存在大量的聚变核燃料氘，能通过聚变反应产生核能。1t氘聚变产生的能量相当于1100万t标准煤，氘即重水中的“重氢”，普通水中有七千分之一的重水，故地球上存在约40万亿t氘。所以聚变反应堆成功以后，能源真可谓取之不尽，用之不竭，人类将不再为能源问题所困扰。(2)核电是清洁的能源，有利于保护环境。目前世界上大量燃烧有机燃料的后果是足堪忧虑的。燃烧后排出大量的二氧化硫、二氧化碳、氧化亚氮等气体，不仅直接危害人体健康和农作物生长，还导致酸雨和大气层的“温室效应”，破坏生态平衡。比较起来核电站就没有这些危害。核电站严格按照国际上公认的安全规范和卫生规范设计，对放射性三废，原则上是回收处理储存，不往环境排放，排往环境的只是处理回收后残余的一点尾水尾气，数量甚微，对环境没有实质性的影响。(3)核电站坚持安全第一、质量第一的方针，正确设计、高质量建造和按规范运行的核电站，其安全是有保证的。(4)核电的经济性能与火电竞争。电厂每kw·h的成本是由建造折旧费、燃料费和运行费这3部分组成的。主要是建造折旧费和燃料费。核电厂由于考究安全和质量，建造费高于火电厂，但燃料费低于火电厂，火电厂的燃料费约占发电成本的4O％～6O％，而核电厂的燃料费则只占2O％左右。总的算起来，核电厂的发电成本是能与火电相竞争的。(5)发展核电有利于减轻交通系统对燃料运输的负担。1座100万kW的燃煤火电机组每天需烧煤约1万t，1年约需300万t，而1座lOOkW的核电机组每年仅需核燃料30t，可见核燃料运输量仅是煤运输量的十万分之一，大大减轻交通运输负担。(6)以核燃料代替煤和石油，有利于资源的合理利用。煤和石油都是化学工业和纺织工业的宝贵原料，能用它们创造出多种产品。它们在地球上的储藏量是很有限的；作为原料，它们要比仅作为燃料的价值高得多。所以，从合理利用资源的角度来说，也应逐步以核燃料代替有机燃料。核能被视为高效、清洁的能源。1954年苏联建成世界第一座核电站，如今全世界有15%的电力依靠核能提供。然而，核能在提供能源的同时，核电站事故、放射物质泄漏等灾难性事故时有发生。●1957年10月10日，英格兰西北部的温德斯凯尔(现改名塞拉菲尔德)核电站的一座反应堆起火，释放出放射性云雾。核电站附近的农场产品被禁售一个月，数十人因遭受核辐射而罹患癌症死亡。●1979年3月28日发生在美国宾夕法尼亚州萨斯奎哈河三哩岛核电站的一次严重放射性物质泄漏事故。然而事故对环境和居民都没有造成危害和伤亡，也没有发现明显的放射性影响。三哩岛的核反应堆外面有护罩，当核燃料熔毁时，这时还有第三重的保护系统会自动紧急抽注大量的冷却水灌注入护罩内，将护罩内部淹没。故三哩岛的核能事故虽也是最严重的核燃料熔毁事故，其放射能外泄量实际上乃是微不足道，但至少15万居民被迫撤离。●1986年4月26日，乌克兰切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸，造成30人当场死亡，8吨多强辐射物泄漏。作为世界上影响最大的一次民用核电泄漏事故，1986年4月26日凌晨发生在切尔诺贝利的许多细节，至今仍令人惊魂未定。1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站的第4号核反应堆在进行半烘烤实验中突然发生失火，引起爆炸。据估算，那次核泄漏事故后产生的放射污染相当于日本广岛原子弹爆炸产生的放射污染的100倍，8吨多强辐射物质泄露，尘埃随风飘散，致使俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰许多地区遭到核辐射的污染，超过33.6万名的居民被迫撤离。由于这次事故，核电站周围30公里范围被划为隔离区，附近的居民被疏散，庄稼被全部掩埋，周围7000米内的树木都逐渐死亡。在日后长达半个世纪的时间里，10公里范围以内将不能耕作、放牧；10年内100公里范围内被禁止生产牛奶。据专家估计，完全消除这场浩劫的影响最少需要800年。到现在，参加救援工作的60万人中，已有6万人丧生，7万人成为残疾人，30多万人受到放射伤害。当时绿色和平组织报告称，死于核污染的人至少在20万人。乌克兰共有250万人因切尔诺贝利核事故而身患各种疾病，其中包括47.3万儿童。在乌克兰的核受害者中最常见的是甲状腺疾病、造血系统障碍疾病、神经系统疾病以及恶性肿瘤等。●1993年4月6日，俄罗斯西伯利亚托姆斯克市附近的托姆斯克化工厂的一个装满放射性溶液的容器发生爆炸，释放出大量的放射性气体，泄漏的放射性物质污染面积达1000公顷，并引起大火，附近的几个村庄被迫整体迁移。●1999年9月30日，日本茨城县东海村一家核燃料制造厂发生核物质泄漏事故，造成两名工人死亡，数十人遭到不同程度辐射，附近居民被疏散避难。●2002年7月19日,位于韩国庆尚北道庆州市附近的月城核电站3号机组4日晚间发生核泄漏事故，22名职工受到轻度核辐射。据报道，该核电站的3号机组4日晚间正在进行冷却水泵维修作业时，约45公升的重水突然外泄，使正在作业的22名职工受到微弱的核辐射。●2004年8月9日，日本关西电力公司位于东京以西约350公里处的反应堆发生涡轮机房内蒸气泄漏事故，导致4人