Термоядролық энергия - энергияның жойқын көзі
Жамбыл облысы, Байзақ ауданы
Кеңес орта мектебі
Физика-математика пәнінің мұғалімі: Жақсылықова Эльмира
Сабақ форматы
Дөңгелек үстел (сабақ-конференция)
Сабақ жоспары
I кезең
Сабақтың ашылуы: тақырыпты хабарлау және «мамандарды» таныстыру.
II кезең
Өкілдердің пікірлері және журналист сұрақтары: топтық баяндамалар.
III кезең
Қорытынды: үздік жауап берген топты марапаттау, бағалау, үй тапсырмасы.
Топтар және тақырыптар
- I Ғылыми қызметкерлер: плазма және оның қасиеттері, ашылу тарихы, лазер туралы.
- II Инженерлер: МГД-генератор, плазманың практикалық қолданылуы және қолданылатын салалар.
- III Дәрігерлер: лазер сәулесінің медицинадағы рөлі.
- IV Физик-теоретиктер: плазманың өмірдегі мәні, термоядролық энергия, голография.
- V Астрономдар: ғарыш кеңістігіндегі плазма, ионосфера және радиациялық белдеулер.
Сабақ барысы: конференция форматы
Журналистің кіріспе сөзі
«Сен де бір кірпіш дүниеге, кетігін тап та бар, қалан» деген ұлы Абайдың сөзіне сүйене отырып, бүгін біз сабақта мамандар рөлін атқарып, пікір алмасу ұйымдастырамыз. Конференцияда «Плазма» тақырыбы бойынша өзекті ойларды ортаға салып, шығармашылық кездесуге жиналдық. Алдымен I топ — ғылыми қызметкерлер — өз баяндамаларын ұсынады.
I топ — Ғылыми қызметкерлер: плазма және лазер
Баяндамашы 1
Аристотель материяның төртінші күйі ретінде «отты» атаған. Бұл түсінік қазіргі физикадағы плазмадан алыс болғанымен, заттың ерекше күйі туралы ойларға негіз болды. Кейін Фарадей мен Крукс плазма туралы пікірлерін ұсынды.
Плазманың негізгі сипаттары
- Зарядталған бөлшектерінің қозғалғыштығы жоғары болғандықтан, электр және магнит өрістерінің әсерінен оңай орын ауыстырады.
- Бөлшектер арасында кулондық күштер әсер етеді (қашықтық артқан сайын баяу кемиді).
- Әртекті тербелістер мен толқындар тез пайда болады.
- Жоғары температурада толық иондалған плазма асқын өткізгіштерге жақындайды.
- Плазма — оң және теріс зарядтар тығыздығы шамалас, толық немесе жартылай иондалған газ; тұтас алғанда электрлік бейтарап.
Қыздырғанда зат қатты күйден сұйыққа, одан газға өтеді. Өте жоғары температурада газ иондалып, плазма күйіне ауысады. Сонымен бірге плазма сәулелену әсерінен немесе газды жылдам зарядталған бөлшектермен атқылау нәтижесінде де түзілуі мүмкін. Бұл — төмен температуралы плазма.
Консультант
ХХ ғасыр физикасындағы ең ғажап жаңалықтардың бірі — лазер. Лазерлер өте қуатты кванттық жарық көздері болып саналады. Олар металды кесу және пісіруде, геодезияда, байланыс пен теледидарда, спортта, микроэлектроникада бейбіт мақсатта қолданылады.
Қолданылу мысалдары
- Ауыл шаруашылығы: тұқымды себу алдында лазер сәулесімен өңдеу тұқым сапасын арттыра алады.
- Құрылыс және дәл өлшеу: нысандарды дәл мөлшерлеуге көмектеседі.
- Қолөнер және сервис: зергер, инженер, тергеуші, киім пішуші сияқты мамандықтарға қолғабыс.
Лаборант
Лазер түрлерінің бірі — газдық лазер. Газдық лазерлерде көбіне гелий мен неон инертті газдарының қоспасы қолданылады. Қарапайым құрылымы мен сенімділігіне байланысты гелий-неон лазерлері кең таралған.
- Түтік ұзындығы
- 15 см – 2 м
- Диаметрі
- шамамен 8 мм
- Қоспа қысымы
- шамамен 0,75 мм сын. бағ.
- Толқын ұзындығы
- 0,63 мкм (қызыл аймақ)
II топ — Инженерлер: плазманың өндірістегі қолданылуы және МГД-генератор
Инженер
Металл пісіру кезіндегі ацетилен жалынының жарқырауын байқауға болады: ол «бықсыған» жалынсыз, көз қарықтырардай жарық. Жалынға түтік арқылы оттегін үрлегенде ацетилен толық жанып, температурасы шамамен 3000°C-қа дейін жетеді.
Ацетиленді карбид әдісімен алу
CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂
- CaC₂ — кальций карбиді
- C₂H₂ — ацетилен
- Ca(OH)₂ — кальций гидроксиді (қалдық ретінде қалады)
Консультант
Елімізде магнитогидродинамикалық генератор (МГД) жасау жұмыстары нәтижелі жүргізілді. Мұнда ионданған қызған газ (плазма) магнит өрісінде қозғалып, ағынның механикалық энергиясы тікелей электр энергиясына айналады.
Маңызды айырмашылық
Кәдімгі индукциялық генераторда өткізгіш рөлін металл ротор атқарады, ал МГД-генераторда өткізгіш — электрөткізгіш плазма ағыны.
Болашақта МГД қондырғыларының пайдалы әсер коэффициенті 50–60% болуы мүмкін және оларды атом станцияларымен қатар қолдану ықтималдығы бар. 1971 жылы 20–25 МВт МГД қондырғысына зерттеулер жүргізіліп, Рязань ГРЭС-іне орнатылғаны туралы мәліметтер келтірілді.
Экспериментатор
Жарнамалық жазулардағы және люминесценттік шамдардағы жарқыраған түтіктерде солғын разрядтың оң бағаналық плазмасы қолданылады. Люминесценттік шамдарда сынап буы арқылы разряд өтеді, ал шыны түтік плазма сәулесінің әсерінен жарық шығаратын люминоформен қапталады. Нәтижесінде жарық құрамы ақ жарыққа жақын болады.
III топ — Дәрігерлер: лазердің медицинадағы рөлі
Баяндама
Қатты денелік және газдық лазерлердің көптеген түрлері медицинада тері және көз ауруларын емдеуде, хирургияда, ине терапиясында тиімді қолданылып жүр. Лазер сәулесі арқылы, мысалы, көздің тор қабығын «жапсырып» пісіруге болады.
Артықшылықтары
- Лазерлік «пышақпен» кескенде қан аз кетеді.
- Операциядан кейін асқыну ықтималдығы төмендейді.
- Нақтылық жоғары, сау тінге зиянды әсер азаяды.
Медик
Қазақстанда лазерлік хирургиялық қондырғымен алғашқы операцияны Алматы медицина институтында кафедра меңгерушісі, доцент Т. Көкеев жасағаны атап өтіледі. Қазір мұндай операциялар саны артты, лазерлерді қатты қансыраған ішкі ағзаларға операция жасауда да қолдану тәжірибесі бар.
Тіс дәрігері
Лазер шоғымен тістің ауырған жерін дәл өңдеп, ақаулы бөлігін оңай алып тастауға болады. Тіс эмалі жарықты жақсы шағылдыратындықтан, лазер сәулесі сау бөлікті көбірек «айналып өтеді», ал операция өте жылдам орындалады.
IV топ — Физик-теоретиктер: токамак, термоядролық синтез және голография
Консультант
1955 жылы совет физиктері И. Н. Головин мен Н. А. Явлинскийдің басшылығымен магнит өрісіндегі дөңгелек электр разрядын зерттеу басталды. И. Н. Головин 250 кА токқа есептелген қондырғыны токамак деп атады — бұл атау бүгінге дейін қолданылады.
Токамактың негізгі бөліктері: трансформатор және орамдар, лайнер, мыс қабат, плазманы бақылау жүйелері. Дүние жүзінде ондаған токамак қондырғылары жұмыс істейді.
Лаборант
Термоядролық энергия — аса қуатты энергия көзі. Басқарылатын термоядролық реакция үшін плазманы жіңішке шоққа айналдырып, магнит өрісі арқылы сығымдап, ыдыс қабырғасына тигізбей ұстау қажет.
Мысалдар
- Т-15 тәжірибесі: плазма температурасы шамамен 15 000 000 K деңгейіне жеткені айтылады (1989).
- Т-20: физикалық эксперименттер мен зерттеу жұмыстарына арналған қондырғы ретінде сипатталады.
Физик-теоретик
Қазіргі заманда білім, кең ой-өріс және зерттеу жұмыстары ерекше маңызға ие. Сонымен бірге қоршаған ортаның ластануы, энергетикалық дағдарыс, ядролық энергияның қауіптері сияқты мәселелер де өзекті. Термоядролық синтездің радиоактивтілігі атом энергетикасымен салыстырғанда әлдеқайда төмен деп түсіндіріледі және ұзақ өмір сүретін радиоактивті қалдық аз түзілетіні атап өтіледі.
Қауіпсіздік логикасы
Дейтерий мен тритий реакциясы вакуумдық камерада жүретіндіктен, ауа кірсе реакция сөнеді; бұл жарылыс қаупін төмендететін фактор ретінде түсіндіріледі.
Ғылымдағы алғы жетістік: голография
Голография әдісін 1948 жылы ағылшын ғалымы Д. Габор ұсынды. 1962 жылы Ю. Н. Денисюк голография бойынша маңызды нәтижелерін көрсетті. Голограмма арқылы алынған кескіннің шынайылығы кейде адамды таңғалдыратындай деңгейде болады. Қазіргі кезде голографияның техникада, өнерде, фотографияда және тұрмыста қолданылуы кеңейіп келеді.
V топ — Астрономдар: ғарыштағы плазма
Астроном
Әлемдегі заттардың басым бөлігі — шамамен 99% — плазма күйінде болады. Жоғары температураның әсерінен Күн мен көптеген жұлдыздар негізінен иондалған плазмадан тұрады. Біздің Күн — сары түсті ергежейлі жұлдыз; ал кейбір ақ жұлдыздардың температурасы жоғары (мысалы, Сүмбіле жұлдызы шамамен 10 000 K), өте ыстық көгілдір жұлдыздарда температура 30 000 K-қа жуық болуы мүмкін.
Консультант
Жұлдыздар мен галактикалар арасын толтыратын жұлдызаралық орта да плазмадан тұрады. Оның тығыздығы өте төмен, ал жұлдыздардың ыстық плазмасымен салыстырғанда температурасы төменірек болуы мүмкін.
Жерді қоршаған плазма
- Атмосфераның шамамен 100–300 км биіктігі — иондалған газ қабаты, яғни ионосфера.
- Иондалу Күн сәулесі мен Күннен келетін зарядталған бөлшектер ағыны әсерінен пайда болады.
- Ионосферадан жоғары аймақта Жердің радиациялық белдеулері бар, олар да плазмалық табиғатқа ие.
Қорытынды және бағалау
Сабақ соңында плазма тақырыбы бойынша ең мазмұнды әрі дәлелді жауап берген топ анықталады. Жеңімпаз топқа «Плазма тақырыбына үздік жауап бергені үшін» деген жазуы бар құттықтау қағазы тапсырылады. Оқушылардың жұмысы бағаланады.
Үй тапсырмасы
Плазма туралы қосымша ақпарат жинау: плазманың қасиеттері, ғарыштағы плазма, лазер және плазманың тұрмыста/өндірісте қолданылуы бойынша мысалдар келтіру.