coala: Liceul Tehnologic Vasile Gherasim MargineaAria curricular: Matematic i tiine ale naturiiObiectul: Fizic

PROIECT DIDACTIC

Subiectul leciei: Fisiunea nuclear. Reactorul nuclear Clasa: a XII-a A

Profesor: Cosovanu Magdalena

16.03.2015

1

PROIECT DIDACTICData: 16.03.2015Clasa: a XII-a AProfesor: Cosovanu Magdalenacoala: Liceul Tehnologic Vasile Gherasim MargineaAria curricular: Matematic i tiine ale naturiiObiectul: FizicSubiectul leciei: Fisiunea nuclear. Reactorul nuclearTipul leciei: mixtTimpul alocat temei: 2 oreCompetene specifice vizate: 4.5.1. descrierea fisiunii nucleare i a reaciei n lan; 4.5.2. descrierea construciei i funcionrii reactorului nuclear i a armei nucleare de fisiune (aspecte generale); 4.5.3. estimarea posibilelor efecte ale acccidentelor nucleare, respectiv ale utilizrii armamentului nuclear de fisiune; 4.5.4. aprecierea critic a impactului utilizrii tehnologiilor nucleare asupra societii i naturii.Obiective operaionale: Cognitiv-procedurale. Pe parcursul acestei leciei elevii trebuie: O1: s descrie fisiunea nuclear; O2: s descrie reacia n lan; O3: s identifice elementele constructive ale reactorului nuclear;O4: s identifice elementele constructive ale armei nucleare de fisiune; O5: s descrie modul n care este construit i modul de funcionare a reactorului nuclear i a armei nucleare de fisiune (aspecte generale);O6: s analizeze efecte ale accidentelor nucleare, respectiv ale utilizrii armamentului nuclear de fisiune;O7: s estimeze posibile efecte ale acccidentelor nucleare, respectiv ale utilizrii armamentului nuclear de fisiune; O8: s aprecieze n mod critic impactul utilizrii tehnologiilor nucleare asupra societii i naturii. Atitudinale. Pe parcursul acestei leciei elevii trebuie:- s lucreze ordonat; - s efectueze sarcinile de lucru n timpul acordat; - s sintetizeze informaiile.Resurse materiale: plane, manual, fi de lucru, tabl, program pentru modelarea i simularea fisiunii nucleare din POSDRU 132731, adrese de pagini web pentru accesare i vizionare; foi de flipchart, marchere.Resurse procedurale: brainstorming individual i de grup; turul galeriei, tiu. Vreau s tiu. Am nvat; gndii/lucrai n perechi, conversaia, explicaia, experimentul virtual, observaia.Bibliografie: 1.Programa F2- filiera tehnologic, clasa a XII-a;2. Mihai Popescu, Manual de Fizic pentru clasa a XII-a, Colecia Educaional, Editura LVS Crepuscul, 2007; 3. Dr.fiz. Anca Baciu, Modelarea fisiunii-Consideraii teoretice, Platforma e-learning, POSDRU 132731; 4. Dr.fiz. Anca Baciu, Modelarea i simularea fisiunii nucleare-mod de lucru, Platforma e-learning, POSDRU 132731; 5. https://phet.colorado.edu/ro/simulation/nuclear-fissionDesfurarea leciei. 1.Organizarea clasei pentru lecie (2-3 min). Notarea absenelor de ctre profesor i punerea de ntrebri elevilor referitor la tema ce au avut-o de pregtit (Interaciunea radiaiei cu substana. Detecia radiaiilor nucleare. Dozimetrie). Elevii prezint tema (poster cu titlul Aplicarea unor msuri de protecie a mediului i a propriei persoane fa de radiaiile nucleare). 2.Verificarea i aprecierea cunotinelor (10 min). a) Verificarea temei acas (2 min). Elevii din cele 4 grupe prezint posterul realizat pentru lecie. Se organizeaz un tur al galeriei, se efectueaz interevaluarea, iar elevii i exprim aprecierile n scris folosind postit-uri pe care le aplic pe materialele analizate (postere). b) Verificarea i aprecierea cunotinelor (8 min), n scris, folosind Fia de lucru 1. (Interaciunea radiaiei cu substana. Detecia radiaiilor nucleare. Dozimetrie). 3. Achiziionarea cunotinelor noi (70min)1) Captarea ateniei n vederea prezentrii noilor coninuturi (1-2 min). Profesorul proiecteaz o imagine (n Fia de lucru 2- Imagine_accident.docx) i invit elevii s noteze pe caiet lucruri legate de materialul vizionat. Se citesc 2-3 rspunsuri.2) Comunicarea titlului leciei i a obiectivelor operaionale (1-2 min). 2.1. Profesorul comunic titlul leciei i obiectivele operaionale. Elevii primesc Fia de lucru 3 i urmresc n fi titlul leciei i obiectivele operaionale. 2.2. Succesiunea de activiti de lucru (A) i sarcini de nvare (S) necesar atingerii obiectivelor propuse. Profesorul urmrete dirijarea nvrii i obinerea performanei prin parcurgerea fiei de lucru urmtoare:Fia de lucru 3Fisiunea nuclear. Reactorul nuclearO1: s descrie fisiunea nuclear; (5-8 min)A1: Acceseaz adresa 4 nuclear-fission_en.jar. sau accesati urmatoarea adresa https://phet.colorado.edu/en/simulation/nuclear-fission. Pentru simularea fenomenului de fisiune pentru un singur nucleu, seteaz Modul 1 (s fie activ butonul Fission: One Nucleus), acioneaz butonul rou pentru a lansa un neutron. Observ simularea fenomenului de fisiune. Se poate relua simularea prin apsarea butonului Reset Nucleus. Alege varianta corect din enunurile urmtoare: S1: Am observat simularea fenomenului de fisiune pentru / . Dup capturarea unui neutron lent, nucleul uraniu-235/uraniu-236 se scindeaz n dou/mai multe nuclee intermediare de mase diferite/comparabile i 2-3/mai muli neutroni. Energia potenial de interaciune pentru nucleul de uraniu-235 este maxim/minim (urmrete graficul albastru din fereastr). Dup capturarea neutronului lent, energia total a nucleului crete/scade (urmrete graficul galben). n urma fisiunii nucleului de uraniu-235 prin capturarea unui neutron lent se elibereaz energie echivalent cu diferena de mase. Rezult dou nuclee mai uoare care au energia cinetic egal cu energia de reacie Q=200MeV i mai muli neutroni cu viteze mari (neutroni rapizi). Reacia de fisiune a nucleelor grele (A>60 ) care au energia medie de legtur mai mic dect maximul de 8,6MeV este exoterm. Reacia de fisiune controlat poate fi realizat cu ajutorul uraniului 235 care fisioneaz la interaciunea cu neutroni termici (neutroni cu vitez mic, cu energia cinetic mult mai mic de 1MeV).

O2: s descrie reacia n lan; (5-10 min)A2: a) Acceseaz adresa 4 nuclear-fission_en.jar . Pentru simularea reaciei n lan, seteaz Modul 2 (s fie activ butonul Chain Reaction). Pentru un singur nucleu acioneaz butonul rou pentru a lansa un neutron. Observ simularea fenomenului de fisiune. Se poate relua simularea prin apsarea butonului Reset Nuclei. S2: a) Prin captarea unui neutron lent nucleul de uraniu-235 ................................................................... A2: b) Reacia n lan se poate realiza cu nuclee de uraniu-235 lsate libere (regleaz numrul de nuclee deplasnd cursorul de la 0 la 100) sau cu nuclee plasate n incint ( activeaz fereastra containment vessel). Contorul din dreapta jos nregisteaz numrul de nuclee care au fisionat. Acionnd pe fereastra Reset All se revine la setarea iniial. Sursa de neutroni poate fi rotit pentru a schimba direcia n care este trimis neutronul.S2: b) Dac introduc nu numr de nuclee uraniu-235 de la 0 la 100 i amorsez reacia prin lansarea unui proton/neutron lent, reacia decurge n lan/n trepte pn la epuizarea materialului fisionabil. Dac folosesc o surs de uraniu-238, nucleele de uraniu-238 absorb neutronii i trec n uraniu-237/uraniu-239 care este beta activ fr a se produce reacie de fisiune. Dup cteva minute, uraniu 239 trece n izotopul 239 al plutoniului care este fisionabil.A2: c) Activeaz fereastra containment vessel, mrete incinta punnd mna pe margine i trage spre exterior. Plaseaz 100 de nuclee de uraniu-235 n incint comuntnd cursorul pe 100. Amorseaz reacia prin lansarea unui neutron, actionnd pe butonul rou al sursei. S2: c) Cnd nucleele sunt plasate n incint, pentru raze mai mari ale incintei care s permit un mare numr de nuclee de uraniu-235 s fisioneze (ntre 60 i 100), se poate produce o explozie nuclear. Acest lucru este dat de mesajul de final You have ............................................................... (Ai creat .................................................. .O3: s identifice elementele constructive ale reactorului nuclear; (5-10 min)A3: Identific elementele constructive ale reactorului nuclear analiznd imaginea alturat i lista de la urmtoarea adres Modelarea i simularea fisiunii nucleare-consideraii teoretice.pdf: (pag 3/manual).D:\2014-2015\posdru\proiect_Fisiune\Modelarea i simularea fisiunii nucleare-consideraii teoretice.pdfS3: Reactorul nuclear este format din: - reactor compus din: ............................. (p.i.), .................................................... (b.c.), ......................................................... (b.r.) legate la ............................................... ( d.r.) prin care se controleaz intensitatea reaciei;- circuitul ..................... ( c.p.) de rcire care preia cldura de reacie prin intermediul unui fluid de rcire (........., ..............................., .............................. etc.);- circuitul ............................ (c.s.) n care apa este nclzit i transformat n abur care este dirijat ctre ........................................... (t ) care produc energie mecanic/electric.O4: s identifice elementele constructive ale armei nucleare de fisiune; (3-4min)A4: Acceseaz adresa http://ro.wikipedia.org/wiki/Little_Boy#mediaviewer/File:Little_boy.jpg pentru a identifica elementele constructive ale bombei "Little Boy" (arm tip puc): 1 ..................................................................2 .................................................................3 .................................................................4 .................................................................

O5: s descrie modul n care este construit i modul de funcionare a reactorului nuclear i a armei nucleare de fisiune (aspecte generale); (6-10 min)A5: Acceseaz adresa 4 nuclear-fission_en.jar . Se d click pe Modul 3 (s fie activ butonul Nuclear Reactor). Programul vizualizeaz o schem a unui reactor alctuit din: incinta de protecie I , o surs de neutroni S care iniiaz reacia, barele de uraniu 235 BU, barele de reglaj BR plasate pe un suport ce poate regla poziia lor i o fereastr F care vizualizeaz puterea produs i energia produs. Pentru diferite poziii ale barelor de reglaj se iniiaz reacia i se msoar puterea i energia produs. Se observ c pentru poziii ale barelor de reglaj extrase din reactor sub 50%, reacia este sub critic, i nceteaz nainte de a se consuma tot combustibilul. Dup ncetarea reaciei se activeaz fereastra Reset nuclei pentru a rencrca reactorul cu uraniu-235.S5: Reacia de fisiune este folosit la obinerea energiei n reactoarele de fisiune/fuziune. Elementul care fisioneaz cel mai uor, dar care se gsete n cantitate mic n scoara terestr este /. ntr-o asemenea reacie prin capturarea unui proton/neutron cu vitez mic (termic) nucleul se scindeaz n dou nuclee mai mici i 2-3 neutroni cu vitez mare. Dac acetia sunt ncetinii prin interaciune cu nuclee uoare din: apa grea (), parafin (nuclee de hidrogen i carbon), grafit (nuclee de hidrogen i carbon) pot produce alte reacii nucleare, care se multiplic n lan. Dac o parte din neutroni se pierd (prin absorbie sau reacii nucleare) reacia se poate amplifica/stinge. Masa de uraniu pentru care rata de producere de neutroni este egal cu cea de pierdere a lor se numete mas critic (obinerea unor mase critice prin unirea mai multor mase subcritice st la baza construciei bombei cu fisiune - atomic). Reacia este controlat prin intermediul barelor de reglaj (control) formate din substane ce absorb puternic neutroni: cadmiul, borul, argintul, indiul etc. Barele de reglaj sunt aezate ntre barele de combustibil. Cnd barele de reglaj sunt complet introduse n reactor, reacia de fisiune ncepe/nceteaz. Nivelul reaciei este controlat prin scoaterea lor parial.O6: s analizeze efecte ale accidentelor nucleare, respectiv ale utilizrii armamentului nuclear de fisiune; (10 min)A6: Vizioneaz materialul accesnd urmtoarea adres: https://www.youtube.com/watch?v=0l7QFfsHBksS6: Redacteaz un eseu (de 5 minute) cu un titlu sugestiv, raportat la materialul vizionat, n care s prezini efectele accidentelor nucleare i ale utilizrii armamentului nuclear. O7: s estimeze posibile efecte ale acccidentelor nucleare, respectiv ale utilizrii armamentului nuclear de fisiune; (10min)A7: Acceseaz pagina pentru a urmri un film despre efectele accidentelor nucleare i ale utilizrii armamentului nuclear de fisiune: https://www.youtube.com/watch?v=Aza-2wopCFY . (5 min)S7: Redacteaz un eseu de 5 minute n care s scoi n eviden posibilele efecte ale accidentelor nucleare, respectiv ale utilizrii armamentului nuclear de fisiune. 4. Sistematizarea, consolidarea cunotinelor (7-8 min)O8: s aprecieze n mod critic impactul utilizrii tehnologiilor nucleare asupra societii i naturii. A8: Elevii vor fi mprii n dou grupe i vor participa la realizarea unei hri conceptuale privind impactul tehnologiilor asupra societii i a naturii (5 min).S8: Elevii din cele dou grupe contribuie la realizarea posterelor (vor avea la dispoziie materiale precum foi de flipchart, marchere). Posterele celor dou grupe vor fi prezentate de ctre liderii de grup (2-3 min). Profesorul monitorizeaz asigurarea reteniei i transferul cunotinelor. Propune elevilor ca tem pentru acas realizarea unei fie document privind centrala nuclear electric de la Cernavod. Pentru documentarea necesar efecturii temei acas, utilizeaz urmtoarele adrese: https://www.youtube.com/watch?v=1kIu5AJwrB4 ,https://www.youtube.com/watch?v=Z7TkcYEJjdE ,https://www.youtube.com/watch?v=aazdiilRAPc ,https://www.youtube.com/watch?v=bItQeWeCElU .Acest proiect didactic a fost realizat n cadrul proiectului POSDRU/157/1.3/S/132731 cu titlul " Perfecionarea teoretic i practic a cadrelor didactice din nvmntul preuniversitar pentru folosirea tehnologiilor educaionale moderne n predarea fizicii i disciplinelor tehnice ", cofinanat din Fondul Social European prin intermediul Programului Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013, Nume si prenume/semnatur cursant: Cosovanu Magdalena