Imię i nazwisko autora:

Aleksandra Fijałkowska

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Warunek zajścia reakcji łańcuchowej

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.
II.Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
XI. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń:
9) opisuje reakcję rozszczepienia jądra uranu zachodzącą w wyniku pochłonięcia neutronu; podaje warunki zajścia reakcji łańcuchowej.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń:
15) opisuje reakcję rozszczepienia jądra uranu ${}^{235}U$ zachodzącą w wyniku pochłonięcia neutronu; podaje warunki zajścia reakcji łańcuchowej.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. dowiaduje się czym jest reakcja łańcuchowa,

2. dyskutuje problemy, które należy rozwiązać aby przeprowadzić kontrolowaną reakcję łańcuchową,

3. dowiaduje się czym jest oraz jaki jest cel wzbogacania naturalnego uranu w izotop ${}^{235}U$,

4. rozumie postać wykresu przekroju czynnego na indukcję rozszczepienia indukowanego neutronami jądra ${}^{235}U$ w funkcji energii neutronów oraz jego implikacje w procesie projektowania reaktorów jądrowych,

5. dowiaduje się czym jest masa krytyczna.

Strategie nauczania:

informacyjna

Metody nauczania:

wykład informacyjny

Formy zajęć:

praca zespołowa

Środki dydaktyczne:

komputer z rzutnikiem

Materiały pomocnicze:

-

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Nauczyciel przypomina uczniom, czym jest reakcja indukowanego neutronami termicznymi rozszczepienia jądra ${}^{235}U$. Nauczyciel wspomina, że w reakcji zostaje uwolnione ok. 200 MeV energii, czyli ok 50 milionów razy więcej niż w procesie spalania atomu węgla oraz, że następuje emisja neutronów, które w pewnych okolicznościach mogą inicjować kolejne reakcje rozszczepienia.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel wprowadza pojęcie reakcji łańcuchowej i neutronowego współczynnika mnożenia oraz nadmienia, że reakcja będzie podtrzymana jeśli współczynnik wynosi przynajmniej 1. Nauczyciel omawia warunki uzyskania reakcji łańcuchowej:

1. Wzbogacenie uranu izotopem ${}^{235}U$. Uczniowie zastanawiają się nad możliwością zwiększenia w uranie, jako mieszkanki dwóch izotopów ${}^{235}U$ i ${}^{238}U$, lżejszej frakcji, czyli ${}^{235}U$. Po dyskusji nauczyciel omawia metodę wykorzystującą wirówkę.

2. Zmniejszenie energii kinetycznej neutronów. Nauczyciel zwraca uwagę uczniów, że prawdopodobieństwo zajścia reakcji rozszczepiania silnie zależy od energii neutronów. Neutrony emitowane w rozszczepieniu mają zbyt wysoką energię aby efektywnie indukować rozszczepienie. Uczniowie wspólnie zastanawiają się nad możliwością zmniejszenia energii neutronów. Po dyskusji nauczyciel omawia zasadę działania moderatorów neutronów.

3. Nauczyciel omawia pojęcie masy krytycznej.

Faza podsumowująca:

W celu utrwalenia wiedzy uczniowie rozwiązują zadania 1‑4 z zestawu ćwiczeń. Nauczyciel ocenia pracę uczniów.

Praca domowa:

Nauczyciel zadaje uczniom zadanie: 6 i 7 z zestawu ćwiczeń oraz zapoznanie się z animacją w celu utrwalenia wiadomości.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Multimedium można wykorzystać w fazie wstępnej lekcji.