Unikalny naturalny reaktor jądrowy w Okle, historia jego otwarcia i zasada działania

Wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że reaktor jądrowy to złożona konstrukcja inżynierska, która został wynaleziony stosunkowo niedawno przez ludzkość i przyniósł korzyści dzięki kontrolowanemu reakcja nuklearna.

Ale nasza natura jest tak wyjątkowa i różnorodna, że ​​stworzyła własny naturalny reaktor jądrowy, który działał już ponad sto lat, a było to prawie dwa miliardy lat temu. Historia odkrycia i zasada działania tego zjawiska przyrodniczego zostanie omówiona w dzisiejszym materiale.

Jak odkryto naturalny reaktor jądrowy

Tak więc, 1956, tak zwana zimna wojna jest w pełnym rozkwicie, a każdy mniej lub bardziej duży kraj stara się o uran 235, aby dostać się do zamkniętego klubu mocarstw atomowych. Francja również wykazała takie samo pragnienie, ale nie znalazła na swoim terytorium złóż uranu.

Ale na szczęście francuskim specjalistom udało się znaleźć bogaty region Oklo w kraju takim jak Gabon (Francja miała władzę nad tym krajem jako metropolią). Ale uran wydobywany w tym złożu okazał się bardzo dziwny. W końcu wyglądał, jakby odwiedził już działający reaktor.

Stało się to znane po zwykłej analizie spektrometrii masowej przeprowadzonej w 1972 roku w koncentratorze.

Tyle, że inżynierowie stanęli przed unikalnym zjawiskiem naturalnym - naturalnym reaktorem jądrowym, który, jak się okazało, z powodzeniem działa od około dwóch miliardów lat.

Zasada reakcji jądrowej i okres półtrwania uranu 235

W naturze można znaleźć kilka izotopów uranu, ale tylko uran 235 nadaje się do pracy w reaktorach jądrowych i do napełniania bomb atomowych. Co więcej, okres półtrwania tego izotopu wynosi 700 milionów lat, aw wyniku tego rozpadu powstaje tor 231.

Ale wystarczy wpłynąć na uran 235 powolnym neutronem, ponieważ natychmiast się rozpada. To właśnie sprawia, że ​​ten element jest tak wyjątkowy.

W przyrodzie istnieje wiele źródeł promieniowania neutronowego, które są w stanie wywołać reakcję rozpadu. Ale poruszają się zbyt szybko, aby wchodzić w interakcje z uranem 235, co oznacza, że ​​muszą przejść przez etap spowolnienia przez wpływy zewnętrzne.

Okazuje się, że jeśli umieścisz U235 w zwykłej wodzie, to spowalnia wystarczająco neutronów i zostaną one wchłonięte przez uran 235. Spowoduje to powstanie izotopu uranu 236, który jest niezwykle niestabilny i szybko rozpada się na bar 141 i krypton 92, a także trzy neutrony o wysokiej energii.

Tak więc, gdy tylko przydzielone trzy neutrony zostaną spowolnione przez wodę, mogą być już wchłonięte trzy izotopy uranu 235, który z kolei również ulegnie rozpadowi z uwolnieniem szybko neutrony. Spowoduje to wykładniczo narastającą reakcję łańcuchową rozszczepienia jądra.

Naukowcy od dawna nauczyli się wykonywać tak zwaną analizę węgla, która właśnie opiera się na określeniu resztkowej frakcji uranu 235. Pod tym względem wszystko jest proste, jeśli wiadomo, kiedy powstał uran i że co 700 milionów lat jego udział w rudzie zmniejsza się o połowę, to kwestią technologii jest ustalenie, jaka jest jego zawartość w rudzie.

Uważa się więc, że wtedy powstał absolutnie cały uran na naszej planecie, wtedy nasze Słońce stało się supernową, czyli około 6 miliardów lat temu. Na podstawie tych danych stwierdzamy, że stężenie uranu 235 w rudzie uranu na Ziemi powinno wynosić 0,72%.

Ale analiza rudy ze złoża Oklo wykazała klasę 0,717%. Na pierwszy rzut oka różnica nie jest znacząca, ale biorąc pod uwagę wielkość złoża, oszacowano, że w Okłoniu brakuje około 200 kg czystego uranu, a to wystarczy na minutę, aby wytworzyć kilka atomów bomby.

Myślę, że nie warto mówić, że zaskoczenie Francuzów nie miało granic, ponieważ biorąc pod uwagę całą sytuację polityczną i rozwijający się wyścig zbrojeń między Związkiem Radzieckim a Stanami Zjednoczonymi, „utrata” takiej ilości uranu wywołała wielkie zaniepokojenie i wiele pytań.

Ale dzięki dokładniejszym badaniom rudy w złożu naukowcy odkryli również dużą ilość tak zwanych produktów rozpadu uranu 235.

Sugerowało to, że wydobyty uran 235 już przepracował się w reaktorze i wrócił do ziemi.

I na pierwszy rzut oka to kompletna bzdura, ale dalsze prace nad złożem pokazały, że jest to wyjątkowy obiekt - jedyny na świecie naturalny reaktor jądrowy.

Zasada działania naturalnego reaktora jądrowego w Okłoniu

Reaktor był w fazie aktywnej bardzo długo, bo około 2 miliardy lat temu. Co więcej, w tym czasie koncentracja uranu w rudzie wynosiła 3%, podobnie jak w nowoczesnych reaktorach jądrowych.

Natura rozwiązała problem spowalniania neutronów kosztem wód gruntowych, ponieważ okazało się, że ruda uranu była zanurzona w warstwie wód gruntowych. I to właśnie ta woda spowolniła reakcję neutronów i wywołała łańcuchową reakcję jądrową.

A gdyby woda stale znajdowała się w „reaktorze”, to narastająca reakcja przeszłaby w stan nadkrytyczny i nieuchronnie nastąpiłby wybuch.

Ale naturalny reaktor w Oklo nigdy nie wszedł w tak krytyczny stan. W końcu woda zarówno uruchamia reakcję, jak i może ją zatrzymać.

Powyższy rysunek przedstawia przekrój reaktora Oklo. Tak więc przepływająca woda przez reaktor wywołała reakcję łańcuchową i sprawiła, że ​​ten obszar bardzo się nagrzał, po czym po pewnym czasie woda zagotowała się i odparowała. W ten sposób reakcja ustała, ponieważ nie było nic, co mogłoby spowolnić neutrony.

Gdy reaktor ostygł, ponownie zebrano w nim wodę i rozpoczęto reakcję. Reaktor pozostawał w tym stanie „roboczym” przez wiele lat, aż stężenie uranu spadło do takiego poziomu, że nie było już możliwe osiągnięcie stanu krytycznego.

Tak działał jedyny w swoim rodzaju reaktor naturalny w Okle, a naukowcy obliczyli nawet, że jego moc wynosiła około 100 kW.

Fakt ten wskazuje, że na pierwszy rzut oka może istnieć niemożliwe zjawisko w przyrodzie, a przyroda wciąż jest wynalazcą.

Jeśli materiał był dla Ciebie interesujący, oceń go i nie zapomnij zasubskrybować kanału. Dziękuję za uwagę!