116. Атомна енергія. Частина 2

Урок №116. Атомна енергія. Частина 2

---

Мета уроку:

• ознайомити учнів з основними поняттями ядерної фізики: ядерними силами, енергією зв’язку, ядерними реакціями та їхнім застосуванням в атомній енергетиці;
• розкрити принципи роботи атомних електростанцій, особливості атомної енергетики в Україні та ядерно-паливний цикл;
• сформувати розуміння значення ядерної енергії для сучасного світу та її впливу на екологічні та соціальні процеси.

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• 7. Відновлювальна енергетика
• 8. Гідна праця та економічне зростання.
• 12. Відповідальне споживання
• 13. Боротьба зі зміною клімату

Ключові слова: ядерні сили, енергія зв’язку, ядерні реакції, атомна електростанція (АЕС), реактор, ядерно-паливний цикл.

План уроку:

1. Мотиваційна частина
2. Атомна енергія
   • 2.1. Ядерні сили та енергія зв’язку
   • 2.2. Ядерні реакції
   • 2.3. Атомна електростанція (АЕС)
   • 2.4. Атомна енергетика України
   • 2.5. Ядерно-паливний цикл
3. Попрактикуймо самостійно
4. Рефлексія

Очікувані результати для учнівства:

Очікувані результати для вчителя:

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 3 хв.

Чим принципово відрізняється принцип роботи атомного реактора і атомної бомби (рис.1)?

---

Посилання на відео джерела:

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 30 хв.

З пунктом 2.1 та 2.2 учні знайомилися в шкільному курсі фізики в 9 класі.
Для розгляду принципу роботи АЕС потрібно нагадати учням матеріал з цих пунктів.
Для візуалізації корисно використати відео та анімації.

• Principle of Operation
• Types of Nuclear Reactions

2.1. Ядерні сили та енергія зв’язку

Ядро атома складається з нейтронів і протонів. Нейтрони — це елементарні частинки без заряду, а протони — заряджені позитивно, тому вони взаємно відштовхуються. Якби існувала лише електростатична сила відштовхування, жодне ядро не могло б залишатися цілим — воно б розлетілося. Сила тяжіння також не може їх утримувати, бо вона у 10³⁶ разів слабша за електростатичну.

Ядро тримається разом завдяки ядерним силам — дуже потужним, але короткодіючим.
Вони починають діяти, тільки коли нуклони (протони й нейтрони) майже торкаються один одного (рис.2).

Щоб відірвати нуклон від ядра, потрібно витратити певну кількість енергії — енергію зв’язку.
Вона вимірюється в електронвольтах (еВ) або мегаелектронвольтах (МеВ) або в Дж.

Наприклад, при злитті двох ядер дейтерію (важкий водень — одне ядро, що містить 1 протон і 1 нейтрон) утворюється ядро гелію, і при цьому виділяється 6 МеВ на нуклон.

Дай відповіді на наступні питання:

1. Чим ядерні сили відрізняються від електростатичних?
2. Чому для кожного хімічного елемента енергія зв’язку має різне значення?
3. Чому ядерні сили називаються короткодіючими, і як це впливає на стабільність атомних ядер?

---

2.2. Ядерні реакції

Дружня порада вчителю

Існує багато різних взаємодій між атомами та елементарними атомними частинками.
В атомній енергетиці ключовою взаємодією є зустріч нейтрона з атомним ядром і подальший поділ ядра (рис.3). 

Коли нейтрон потрапляє в ядро, воно починає сильно вібрувати, розтягується і врешті розпадається на два фрагменти, вивільняючи ще 2–3 швидких нейтрони. Ці нейтрони можуть зіткнутися з іншими ядрами, викликаючи ланцюгову ядерну реакцію (рис.4).

Одним з перших ланцюгову реакцію досліджував Енріко Фермі (1901—1954)  у 1935 році. Він бомбардував різні елементи нейтронами, щоб дослідити процеси, які відбувалися далі. Використання уранової руди стало найуспішнішим. Після аналізу дослідів за участі Мейтнер, Гана і Штрасмана стало зрозуміло, що ядро дійсно розщеплюється, а енергію розпаду можна використовувати. Доречі, під час поділу одного атома урану виділяється приблизно 200 МеВ або 3,2-10^-11 Дж. Маса одного атома урану становить 3,9-10^-25 кг.

Дай відповіді на наступні питання:

1. Яка принципова різниця між хімічною та ядерною реакцією?
2. Чому для запуску ядерної реакції використовуються саме нейтрони, а не протони?
3. Яку масу урану потрібно витратити, щоб під час поділу ядер усіх атомів Урану виділилася енергія 6,2·10¹⁴ Дж?
4. Яка кількість енергії виділиться при поділі 3 г урану?
   Скільки потрібно спалити вугілля, щоб отримати таку саму кількість енергії?

---

2.3. Атомна електростанція (АЕС)

Дружня порада вчителю

Розповідь про основні частини АЕС супроводжуйте 3-D анімацією для кращого розуміння учнями матеріалу
Причому можна переглядати як загальну анімацію так і анімацію окремих елементів АЕС.

Перший експериментальний реактор, який перетворював енергію атома в електроенергію став ЕБР-1 в Айдахо. Його вихідна потужність становила близько 100 Вт і 20 грудня 1951 року він живив 4 лампочки першою електроенергією, виробленою атомною електростанцією (рис.5). Наступного дня він зміг забезпечити енергією всю будівлю. Сучасні атомні електростанції генерують величезну кількість енергії та є досить надійними та високотехнологічними.

Атомна  електростанція – це, по суті, теплова електростанція, в якій джерелом тепла є безперервна реакція поділу атомів. Охолоджувальна  рідина забирає вивільнене тепло, а в  парогенераторі це тепло передається воді у  вторинному контурі , де утворюється пара.
Ця пара живить парову турбіну, яка приводить в дію генератор для виробництва електроенергії.

Розглянемо основні частини атомної електростанції та їх призначення (табл.1)

Табл.1

№	Елемент атомної електростанції	Призначення
1	Активна зона реактора	Містить ядерне паливо (уран, МОКС), сповільнювачі нейтронів і поглинаючі стрижні. Тут відбувається контрольована реакція поділу.
2	Реактор	Тут відбувається контрольована ядерна реакція. Виділене тепло передається теплоносієм (зазвичай вода). Має витримувати високі тиск, температуру та радіацію.
3	Перший контур	Замкнута система з теплоносієм, який передає тепло від реактора до парогенератора. Радіоактивна вода не виходить за межі цього контуру.
4	Парогенератор	Теплообмінник передає тепло з первинного контуру воді вторинного контуру, де вона перетворюється на пару.
5	Другий контур	Пара приводить у дію турбіну. Не контактує з радіоактивною водою.
6	Турбіна	Перетворює теплову енергію пари в механічну (довжина — до 70 м). Обертається зі швидкістю 3000 об/хв.
7	Генератор	Перетворює механічну енергію турбіни в електричну.
8	Стримуючий корпус (контейнмент)	Бетонна оболонка навколо реактора. Захищає від аварій та зовнішніх впливів (навіть падіння літака).
9	Градирня	Вежа (гіперболоїд) ~100 м заввишки, в якій вода розпилюється, падає з висоти і охолоджується.

На рис.6 зображено основні елементи АЕС. Встановіть співвідношення між цифровим позначенням та елементом АЕС.

Використовуючи наступне посилання можна познайомитися з 3-D моделлю АЕС

https://www.energyencyclopedia.com/en/online-3d-models/npp-pwr-1

Дай відповіді на наступні питання:

1. Чому не відбувається змішування води у першому та другому контурі?
2. Чому важливо контролювати температуру та тиск в реакторі, і як ці параметри підтримуються на оптимальному рівні?
3. Як регулюється потужність ядерного реактора?
4. Що означає гаряча та холодна зупинка реактора?
5. Як працює система охолодження на атомній електростанції, і чому використовують градирні?

---

2.4. Атомна енергетика України

Дружня порада вчителю

Обговоріть з учнями які виникають проблеми під час експлуатації АЕС, яка АЕС впливають на економічну безпеку країни.
Чи потрібно вводити додаткові блоки АЕС в експлуатацію?
Що заважає це робити?

Сьогодні атомна енергетика забезпечує значну частину електроенергії для наших домівок, лікарень, підприємств. Вона дозволяє країні зберігати енергетичну незалежність і забезпечувати стабільність у періоди пікового навантаження, особливо в холодну пору року.
Попри складну ситуацію, зокрема військову агресію та тимчасову окупацію деяких об’єктів, Україна продовжує розвивати свою атомну галузь: впроваджуються нові технології, модернізуються енергоблоки, укладаються міжнародні угоди щодо будівництва нових потужностей.
В табл.2 представлені характеристики АЕС України.

Табл.2

№	АЕС	Характеристики
1	Запорізька атомна електростанція (ЗАЕС)	Місцезнаходження: м.Енергодар, Запорізька областьПочаток експлуатації: 1984 р.Кількість енергоблоків: 6Генеруюча потужність: 6000 МВт
2	Південноукраїнська атомна електростанція (ПАЕС)	Місцезнаходження: м. Південноукраїнськ, Миколаївська областьПочаток експлуатації: 1982 р.Кількість енергоблоків: 3Генеруюча потужність: 3000 МВт
3	Рівненська атомна електростанція (РАЕС)	Місцезнаходження: м. Вараш, Рівненська областьПочаток експлуатації: 1980 р.Кількість енергоблоків: 4Генеруюча потужність: 2835 МВт
4	Хмельницька атомна електростанція (ХАЕС)	Місцезнаходження: м. Нетішин, Хмельницька областьПочаток експлуатації: 1987 р.Кількість енергоблоків: 2Генеруюча потужність: 2000 МВт

Нанеси карту України місце знаходження кожної з цих АЕС (рис.7).

---

2.5. Ядерно-паливний цикл

Дружня порада вчителю

Після ознайомлення з теоретичним матеріалом в цьому пункті можна перейти до обговорення впливу на екологію експлуатації АЕС та виробництво ядерного палива.

Ядерно-паливний цикл — це послідовність процесів, через які проходить ядерне паливо:
від видобутку уранової руди до остаточного захоронення відпрацьованих матеріалів.
Кожен етап цього циклу — складна технологічна ланка, що потребує високого рівня безпеки. Розуміння цього процесу дозволяє оцінити, як ядерна енергетика забезпечує мільйони людей електроенергією, зберігаючи баланс між користю та екологічною відповідальністю.
У табл.3 наведені етапи ядерно-паливного циклу.

Табл.3

№	Етап	Опис
1	Видобуток урану	Уран міститься у земній корі у вигляді руд. Видобуток здійснюється підземним способом або вилуговуванням (вприскування хімікатів у пласт). Це початковий етап паливного циклу.
2	Первинна обробка (концентрація)	Руду подрібнюють, витягують уран і перетворюють у концентрат U₃O₈, відомий як «жовтий корж». Він зручний для транспортування й подальшого збагачення.
3	Збагачення урану	Природний уран містить лише 0,7% ізотопу ²³⁵U. Для використання в реакторах його збагачують до 3–5% методом газових центрифуг, де використовується гексафторид урану (UF₆).
4	Виробництво паливних таблеток	Збагачений уран переводять у діоксид урану (UO₂), формують у таблетки, пресують і спікають при високих температурах до твердого керамічного стану.
5	Формування паливних стрижнів і збірок	Таблетки вставляють у трубки з цирконієвого сплаву (трубки мають високу стійкість до корозії), потім об’єднують у паливні збірки, що встановлюються в реактор.
6	Робота в реакторі	Під час роботи в реакторі ²³⁵U ділиться, виділяючи тепло, яке перетворюється у пару для обертання турбіни. Реакція регулюється бором, регулюючими стрижнями та теплоносієм.
7	Відпрацьоване паливо	Після реактора паливо все ще містить невикористаний уран і плутоній. Воно дуже радіоактивне й потребує охолодження та спеціального зберігання.
8	Проміжне зберігання	Відпрацьоване паливо спочатку зберігають у водяних басейнах біля реактора, де воно охолоджується і знижується його радіоактивність.
9	Повторна переробка	Після охолодження з палива вилучають залишки урану та плутонію, які можна повторно використати для виробництва МОКС-палива. Решта відходів – до захоронення.
10	Остаточне захоронення	Високоактивні відходи поміщають у спеціальні контейнери та ізолюють у стабільних геологічних формаціях на глибинах понад 500 м або використовують спеціальні сховища.

Дай відповіді на наступні питання:

1. Чому процес збагачення урану є необхідним для більшості ядерних реакторів?
2. Які етапи паливного циклу мають найбільший вплив на довкілля? Обґрунтуй свою думку.
3. Які матеріали використовують для оболонок паливних стрижнів і чому?
4. Що таке «замкнутий» і «відкритий» паливний цикл. У чому їхня відмінність?
5. Чому деякі країни експортують або імпортують відпрацьоване ядерне паливо?
6. Чому важливо контролювати всі етапи паливного циклу на державному рівні?

Після аварії на Чорнобильській АЕС у 1986 році велика територія нашої країни зазнала радіоактивного забруднення, а деякі місця стали зоною відчуження, на яких довгий час не зможе повернутися звичайне життя. Саме тому у зоні відчуження було вирішено створити нову, сучасну інфраструктуру для зберігання відпрацьованого палива (рис.8). 

СВЯП-2 — це сучасне сховище сухого типу, розташоване безпосередньо на майданчику ЧАЕС.
Воно призначене для довготривалого зберігання відпрацьованого ядерного палива з енергоблоків, які працювали до зупинки. Раніше це паливо зберігалося у водних басейнах-охолоджувачах, однак цей метод має свої обмеження і не забезпечує довготривалу стабільність. Натомість нове сховище використовує сучасну технологію сухого зберігання, коли паливні збірки розміщуються у герметичних металевих контейнерах, які, своєю чергою, вставляються в бетонні модулі. Такий підхід гарантує ізоляцію від навколишнього середовища, захист від радіації, можливість пасивного охолодження та зручність у моніторингу.
Цей об’єкт став результатом міжнародного співробітництва — проєкт реалізувався за участю Європейського Союзу та компанії Holtec International зі США. СВЯП-2 дозволяє безпечно зберігати паливо протягом щонайменше 100 років.

Дайте відповіді на наступні питання:

1. Як ти вважаєш, чи є зберігання палива у СВЯП-2 повністю безпечним для довкілля? Чому?
2. Які можливі ризики можуть виникати у процесі зберігання відпрацьованого палива навіть у сучасному сховищі?
3. Яку роль відіграє міжнародне співробітництво у створенні СВЯП-2?
4. Чи може зона відчуження у майбутньому стати територією нових екологічних або наукових проєктів?
5. Які використання СВЯП-2 може вплинути економіку та міжнародне співробітництво нашої країни?

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 8 хв.

1. Розрахуйте загальну потужність всіх АЕС України (13835 МВт).
2. 13835МВт×8760годин=121194600 МВт·год= 121194600000 кВт·год
3. 121194600000/4000=30298650
4. 121194600000/ (4000·150000)=202 міста

Використовуючи дані в табл.2, виконай наступні завдання.

Рівень А:
1. Розрахуйте загальну потужність всіх АЕС України
2. Розрахуйте кількість згенерованої енергії електростанціями за рік

Рівень В:
3. Розрахуйте на скільки сімей вистачить цієї енергії, якщо одна сім’я споживає приблизно споживає 4000 кВт год на рік

Рівень С:
4. В одному з міст проживає  150000 сімей.
На скільки таких міст вистачить згенерованої АЕС електроенергії за рік?

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 4 хв.

Напишіть лист до своїх майбутніх нащадків. Розкажи, як, на твою думку, розвиватиметься атомна енергетика, які проблеми можуть виникнути, та що важливо знати, щоб уникнути негативних наслідків. Як ти бачиш розвиток ядерної енергетики у світі в майбутньому?

---

Урок №116. Атомна енергія. Частина 2

---

Мета уроку:

• ознайомити учнів з основними поняттями ядерної фізики: ядерними силами, енергією зв’язку, ядерними реакціями та їхнім застосуванням в атомній енергетиці;
• розкрити принципи роботи атомних електростанцій, особливості атомної енергетики в Україні та ядерно-паливний цикл;
• сформувати розуміння значення ядерної енергії для сучасного світу та її впливу на екологічні та соціальні процеси.

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• 7. Відновлювальна енергетика
• 8. Гідна праця та економічне зростання.
• 12. Відповідальне споживання
• 13. Боротьба зі зміною клімату

Ключові слова: ядерні сили, енергія зв’язку, ядерні реакції, атомна електростанція (АЕС), реактор, ядерно-паливний цикл.

План уроку:

1. Мотиваційна частина
2. Атомна енергія
   • 2.1. Ядерні сили та енергія зв’язку
   • 2.2. Ядерні реакції
   • 2.3. Атомна електростанція (АЕС)
   • 2.4. Атомна енергетика України
   • 2.5. Ядерно-паливний цикл
3. Попрактикуймо самостійно
4. Рефлексія

Очікувані результати для учнівства:

Очікувані результати для вчителя:

---

Чим принципово відрізняється принцип роботи атомного реактора і атомної бомби (рис.1)?

---

Посилання на відео джерела:

---

2.1. Ядерні сили та енергія зв’язку

Ядро атома складається з нейтронів і протонів.
Нейтрони — це елементарні частинки без заряду, а протони — заряджені позитивно, тому вони взаємно відштовхуються. Якби існувала лише електростатична сила відштовхування, жодне ядро не могло б залишатися цілим — воно б розлетілося. Сила тяжіння також не може їх утримувати, бо вона у 10³⁶ разів слабша за електростатичну.

Ядро тримається разом завдяки ядерним силам — дуже потужним, але короткодіючим.
Вони починають діяти, тільки коли нуклони (протони й нейтрони) майже торкаються один одного (рис.2).

Щоб відірвати нуклон від ядра, потрібно витратити певну кількість енергії — енергію зв’язку.
Вона вимірюється в електронвольтах (еВ) або мегаелектронвольтах (МеВ) або в Дж.

Наприклад, при злитті двох ядер дейтерію (важкий водень — одне ядро, що містить 1 протон і 1 нейтрон) утворюється ядро гелію, і при цьому виділяється 6 МеВ на нуклон.

Дай відповіді на наступні питання:

1. Чим ядерні сили відрізняються від електростатичних?
2. Чому для кожного хімічного елемента енергія зв’язку має різне значення?
3. Чому ядерні сили називаються короткодіючими, і як це впливає на стабільність атомних ядер?

---

2.2. Ядерні реакції

Існує багато різних взаємодій між атомами та елементарними атомними частинками.
В атомній енергетиці ключовою взаємодією є зустріч нейтрона з атомним ядром і подальший поділ ядра (рис.3). 

Коли нейтрон потрапляє в ядро, воно починає сильно вібрувати, розтягується і врешті розпадається на два фрагменти, вивільняючи ще 2–3 швидких нейтрони. Ці нейтрони можуть зіткнутися з іншими ядрами, викликаючи ланцюгову ядерну реакцію (рис.4).

Одним з перших ланцюгову реакцію досліджував Енріко Фермі (1901—1954)  у 1935 році. Він бомбардував різні елементи нейтронами, щоб дослідити процеси, які відбувалися далі. Використання уранової руди стало найуспішнішим. Після аналізу дослідів за участі Мейтнер, Гана і Штрасмана стало зрозуміло, що ядро дійсно розщеплюється, а енергію розпаду можна використовувати. Доречі, під час поділу одного атома урану виділяється приблизно 200 МеВ або 3,2-10^-11 Дж. Маса одного атома урану становить 3,9-10^-25 кг.

Дай відповіді на наступні питання:

1. Яка принципова різниця між хімічною та ядерною реакцією?
2. Чому для запуску ядерної реакції використовуються саме нейтрони, а не протони?
3. Яку масу урану потрібно витратити, щоб під час поділу ядер усіх атомів Урану виділилася енергія 6,2·10¹⁴ Дж?
4. Яка кількість енергії виділиться при поділі 3 г урану?
   Скільки потрібно спалити вугілля, щоб отримати таку саму кількість енергії?

---

2.3. Атомна електростанція (АЕС)

Перший експериментальний реактор, який перетворював енергію атома в електроенергію став ЕБР-1 в Айдахо. Його вихідна потужність становила близько 100 Вт і 20 грудня 1951 року він живив 4 лампочки першою електроенергією, виробленою атомною електростанцією (рис.5). Наступного дня він зміг забезпечити енергією всю будівлю. Сучасні атомні електростанції генерують величезну кількість енергії та є досить надійними та високотехнологічними.

Атомна  електростанція – це, по суті, теплова електростанція, в якій джерелом тепла є безперервна реакція поділу атомів. Охолоджувальна  рідина забирає вивільнене тепло, а в  парогенераторі це тепло передається воді у  вторинному контурі , де утворюється пара.
Ця пара живить парову турбіну, яка приводить в дію генератор для виробництва електроенергії.

Розглянемо основні частини атомної електростанції та їх призначення (табл.1)

Табл.1

№	Елемент атомної електростанції	Призначення
1	Активна зона реактора	Містить ядерне паливо (уран, МОКС), сповільнювачі нейтронів і поглинаючі стрижні. Тут відбувається контрольована реакція поділу.
2	Реактор	Тут відбувається контрольована ядерна реакція. Виділене тепло передається теплоносієм (зазвичай вода). Має витримувати високі тиск, температуру та радіацію.
3	Перший контур	Замкнута система з теплоносієм, який передає тепло від реактора до парогенератора. Радіоактивна вода не виходить за межі цього контуру.
4	Парогенератор	Теплообмінник передає тепло з первинного контуру воді вторинного контуру, де вона перетворюється на пару.
5	Другий контур	Пара приводить у дію турбіну. Не контактує з радіоактивною водою.
6	Турбіна	Перетворює теплову енергію пари в механічну (довжина — до 70 м). Обертається зі швидкістю 3000 об/хв.
7	Генератор	Перетворює механічну енергію турбіни в електричну.
8	Стримуючий корпус (контейнмент)	Бетонна оболонка навколо реактора. Захищає від аварій та зовнішніх впливів (навіть падіння літака).
9	Градирня	Вежа (гіперболоїд) ~100 м заввишки, в якій вода розпилюється, падає з висоти і охолоджується.

На рис.6 зображено основні елементи АЕС. Встановіть співвідношення між цифровим позначенням та елементом АЕС.

Використовуючи наступне посилання можна познайомитися з 3-D моделлю АЕС

https://www.energyencyclopedia.com/en/online-3d-models/npp-pwr-1

Дай відповіді на наступні питання:

1. Чому не відбувається змішування води у першому та другому контурі?
2. Чому важливо контролювати температуру та тиск в реакторі, і як ці параметри підтримуються на оптимальному рівні?
3. Як регулюється потужність ядерного реактора?
4. Що означає гаряча та холодна зупинка реактора?
5. Як працює система охолодження на атомній електростанції, і чому використовують градирні?

---

2.4. Атомна енергетика України

Сьогодні атомна енергетика забезпечує значну частину електроенергії для наших домівок, лікарень, підприємств. Вона дозволяє країні зберігати енергетичну незалежність і забезпечувати стабільність у періоди пікового навантаження, особливо в холодну пору року.
Попри складну ситуацію, зокрема військову агресію та тимчасову окупацію деяких об’єктів, Україна продовжує розвивати свою атомну галузь: впроваджуються нові технології, модернізуються енергоблоки, укладаються міжнародні угоди щодо будівництва нових потужностей.
В табл.2 представлені характеристики АЕС України.

Табл.2

№	АЕС	Характеристики
1	Запорізька атомна електростанція (ЗАЕС)	Місцезнаходження: м.Енергодар, Запорізька областьПочаток експлуатації: 1984 р.Кількість енергоблоків: 6Генеруюча потужність: 6000 МВт
2	Південноукраїнська атомна електростанція (ПАЕС)	Місцезнаходження: м. Південноукраїнськ, Миколаївська областьПочаток експлуатації: 1982 р.Кількість енергоблоків: 3Генеруюча потужність: 3000 МВт
3	Рівненська атомна електростанція (РАЕС)	Місцезнаходження: м. Вараш, Рівненська областьПочаток експлуатації: 1980 р.Кількість енергоблоків: 4Генеруюча потужність: 2835 МВт
4	Хмельницька атомна електростанція (ХАЕС)	Місцезнаходження: м. Нетішин, Хмельницька областьПочаток експлуатації: 1987 р.Кількість енергоблоків: 2Генеруюча потужність: 2000 МВт

Нанеси карту України місце знаходження кожної з цих АЕС (рис.7).

---

2.5. Ядерно-паливний цикл

Ядерно-паливний цикл — це послідовність процесів, через які проходить ядерне паливо:
від видобутку уранової руди до остаточного захоронення відпрацьованих матеріалів.
Кожен етап цього циклу — складна технологічна ланка, що потребує високого рівня безпеки. Розуміння цього процесу дозволяє оцінити, як ядерна енергетика забезпечує мільйони людей електроенергією, зберігаючи баланс між користю та екологічною відповідальністю.
У табл.3 наведені етапи ядерно-паливного циклу.

Табл.3

№	Етап	Опис
1	Видобуток урану	Уран міститься у земній корі у вигляді руд. Видобуток здійснюється підземним способом або вилуговуванням (вприскування хімікатів у пласт). Це початковий етап паливного циклу.
2	Первинна обробка (концентрація)	Руду подрібнюють, витягують уран і перетворюють у концентрат U₃O₈, відомий як «жовтий корж». Він зручний для транспортування й подальшого збагачення.
3	Збагачення урану	Природний уран містить лише 0,7% ізотопу ²³⁵U. Для використання в реакторах його збагачують до 3–5% методом газових центрифуг, де використовується гексафторид урану (UF₆).
4	Виробництво паливних таблеток	Збагачений уран переводять у діоксид урану (UO₂), формують у таблетки, пресують і спікають при високих температурах до твердого керамічного стану.
5	Формування паливних стрижнів і збірок	Таблетки вставляють у трубки з цирконієвого сплаву (трубки мають високу стійкість до корозії), потім об’єднують у паливні збірки, що встановлюються в реактор.
6	Робота в реакторі	Під час роботи в реакторі ²³⁵U ділиться, виділяючи тепло, яке перетворюється у пару для обертання турбіни. Реакція регулюється бором, регулюючими стрижнями та теплоносієм.
7	Відпрацьоване паливо	Після реактора паливо все ще містить невикористаний уран і плутоній. Воно дуже радіоактивне й потребує охолодження та спеціального зберігання.
8	Проміжне зберігання	Відпрацьоване паливо спочатку зберігають у водяних басейнах біля реактора, де воно охолоджується і знижується його радіоактивність.
9	Повторна переробка	Після охолодження з палива вилучають залишки урану та плутонію, які можна повторно використати для виробництва МОКС-палива. Решта відходів – до захоронення.
10	Остаточне захоронення	Високоактивні відходи поміщають у спеціальні контейнери та ізолюють у стабільних геологічних формаціях на глибинах понад 500 м або використовують спеціальні сховища.

Дай відповіді на наступні питання:

1. Чому процес збагачення урану є необхідним для більшості ядерних реакторів?
2. Які етапи паливного циклу мають найбільший вплив на довкілля? Обґрунтуй свою думку.
3. Які матеріали використовують для оболонок паливних стрижнів і чому?
4. Що таке «замкнутий» і «відкритий» паливний цикл. У чому їхня відмінність?
5. Чому деякі країни експортують або імпортують відпрацьоване ядерне паливо?
6. Чому важливо контролювати всі етапи паливного циклу на державному рівні?

Після аварії на Чорнобильській АЕС у 1986 році велика територія нашої країни зазнала радіоактивного забруднення, а деякі місця стали зоною відчуження, на яких довгий час не зможе повернутися звичайне життя. Саме тому у зоні відчуження було вирішено створити нову, сучасну інфраструктуру для зберігання відпрацьованого палива (рис.8). 

СВЯП-2 — це сучасне сховище сухого типу, розташоване безпосередньо на майданчику ЧАЕС.
Воно призначене для довготривалого зберігання відпрацьованого ядерного палива з енергоблоків, які працювали до зупинки. Раніше це паливо зберігалося у водних басейнах-охолоджувачах, однак цей метод має свої обмеження і не забезпечує довготривалу стабільність. Натомість нове сховище використовує сучасну технологію сухого зберігання, коли паливні збірки розміщуються у герметичних металевих контейнерах, які, своєю чергою, вставляються в бетонні модулі. Такий підхід гарантує ізоляцію від навколишнього середовища, захист від радіації, можливість пасивного охолодження та зручність у моніторингу.
Цей об’єкт став результатом міжнародного співробітництва — проєкт реалізувався за участю Європейського Союзу та компанії Holtec International зі США. СВЯП-2 дозволяє безпечно зберігати паливо протягом щонайменше 100 років.

Дайте відповіді на наступні питання:

1. Як ти вважаєш, чи є зберігання палива у СВЯП-2 повністю безпечним для довкілля? Чому?
2. Які можливі ризики можуть виникати у процесі зберігання відпрацьованого палива навіть у сучасному сховищі?
3. Яку роль відіграє міжнародне співробітництво у створенні СВЯП-2?
4. Чи може зона відчуження у майбутньому стати територією нових екологічних або наукових проєктів?
5. Які використання СВЯП-2 може вплинути економіку та міжнародне співробітництво нашої країни?

---

Використовуючи дані в табл.2, виконай наступні завдання.

Рівень А:
1. Розрахуйте загальну потужність всіх АЕС України
2. Розрахуйте кількість згенерованої енергії електростанціями за рік

Рівень В:
3. Розрахуйте на скільки сімей вистачить цієї енергії, якщо одна сім’я споживає приблизно споживає 4000 кВт год на рік

Рівень С:
4. В одному з міст проживає  150000 сімей.
На скільки таких міст вистачить згенерованої АЕС електроенергії за рік?

---

Напишіть лист до своїх майбутніх нащадків. Розкажи, як, на твою думку, розвиватиметься атомна енергетика, які проблеми можуть виникнути, та що важливо знати, щоб уникнути негативних наслідків. Як ти бачиш розвиток ядерної енергетики у світі в майбутньому?

---