Reactor nuclear unic unic în Oklo, istoria deschiderii sale și principiul de funcționare

Suntem cu toții obișnuiți cu faptul că un reactor nuclear este o structură de inginerie complexă, care a fost relativ recent inventat de omenire și făcut pentru a aduce beneficii printr-un controlat reacție nucleară.

Dar natura noastră este atât de unică și diversă încât și-a creat propriul reactor nuclear natural, care a reușit să funcționeze de mai bine de o sută de ani și a fost acum aproape două miliarde de ani. Istoria descoperirii și principiul funcționării acestui fenomen natural vor fi discutate în materialul de astăzi.

Cum a fost descoperit un reactor nuclear natural

Deci, în 1956, așa-numitul Război Rece este în plină desfășurare și fiecare țară mai mult sau mai puțin mare se străduiește să obțină uraniu 235 pentru a intra în clubul închis al puterilor nucleare. Și Franța a arătat aceeași dorință, dar nu a reușit să găsească zăcăminte de uraniu pe teritoriul său.

Din fericire, specialiștii francezi au reușit să găsească bogata regiune Oklo într-o țară precum Gabon (Franța avea puterea asupra acestei țări ca metropolă). Dar uraniul extras în acest zăcământ s-a dovedit a fi foarte ciudat. La urma urmei, părea că ar fi vizitat deja un reactor în funcțiune.

Acest lucru a devenit cunoscut după analiza spectrometrică de masă obișnuită efectuată în 1972 la concentrator.

Doar că inginerii s-au confruntat cu un fenomen natural unic - un reactor nuclear natural, care, după cum sa dovedit, a funcționat cu succes timp de aproximativ două miliarde de ani.

Principiul reacției nucleare și timpul de înjumătățire al uraniului 235

În natură se găsesc mai mulți izotopi de uraniu, dar numai uraniul 235 este potrivit pentru lucrul în reactoare nucleare și pentru umplerea bombelor nucleare. Mai mult, timpul de înjumătățire al acestui izotop este de 700 de milioane de ani și, ca urmare a acestei descompuneri, se formează toriul 231.

Dar trebuie doar să influențăm uraniul 235 cu un neutron lent, deoarece acesta se descompune imediat. Acesta este ceea ce face acest element atât de unic.

Există multe surse de radiații neutronice în natură care sunt destul de capabile să declanșeze o reacție de descompunere. Dar se mișcă prea repede pentru a interacționa cu uraniul 235, ceea ce înseamnă că trebuie să treacă printr-o etapă de decelerare prin influențe externe.

Se pare că, dacă puneți U235 în apă obișnuită, atunci încetinește suficient neutroni și vor fi absorbiți de uraniu 235. Aceasta va produce izotopul de uraniu 236, care este extrem de instabil și se descompune rapid în bariu 141 și kripton 92, precum și trei neutroni cu energie ridicată.

Deci, de îndată ce cei trei neutroni alocați sunt încetiniți de apă, ei pot fi absorbiți deja trei izotopi ai uraniului 235, care, la rândul lor, vor suferi și un proces de descompunere cu eliberarea rapidă neutroni. Acest lucru va provoca o reacție în lanț în creștere exponențială a fisiunii nucleare.

Oamenii de știință au învățat mult timp să efectueze așa-numita analiză a carbonului, care se bazează tocmai pe determinarea fracției reziduale de uraniu 235. În acest sens, totul este simplu, dacă știți când s-a format uraniu și că la fiecare 700 de milioane de ani partea sa în minereu este redusă la jumătate, atunci este o chestiune de tehnologie să stabiliți ce conținut are în minereu.

Deci, se crede că absolut tot uraniul de pe planeta noastră s-a format atunci, apoi Soarele nostru a devenit o supernovă, adică acum aproximativ 6 miliarde de ani. Pe baza acestor date, constatăm că concentrația de uraniu 235 în minereul de uraniu de pe Pământ ar trebui să fie de 0,72%.

Dar analiza minereului din zăcământul Oklo a arătat un grad de 0,717%. La prima vedere, diferența nu este semnificativă, dar având în vedere dimensiunea depozitului, sa estimat că în Oklo lipsesc aproximativ 200 kg de uraniu pur și acest lucru va fi suficient pentru un minut pentru a crea mai multe atomice bombe.

Nu cred că merită spus că nu a existat nicio limită pentru surpriza francezilor, având în vedere întreaga situație politică și desfășurarea cursei înarmărilor dintre Uniunea Sovietică și Statele Unite, „pierderea” unei astfel de cantități de uraniu a cauzat o mare îngrijorare și multe întrebări.

Dar, cu un studiu mai amănunțit al minereului din zăcământ, oamenii de știință au descoperit, de asemenea, o cantitate mare din așa-numitele produse de degradare ale uraniului 235.

Acest lucru a sugerat că uraniul minat 235 a funcționat deja în reactor și a fost returnat la sol.

Și, la prima vedere, aceasta este o prostie, dar lucrările ulterioare asupra depozitului au arătat că acesta este un obiect unic - singurul reactor nuclear natural din lume.

Principiul funcționării unui reactor nuclear natural în Oklo

Reactorul a fost în faza activă pentru o perioadă foarte lungă de timp, și anume acum aproximativ 2 miliarde de ani. În același timp, la acel moment, concentrația de uraniu în minereu era de 3%, la fel ca în reactoarele nucleare moderne.

Natura a rezolvat problema încetinirii neutronilor în detrimentul apelor subterane, deoarece sa dovedit că minereul de uraniu era scufundat în stratul de apă subterană. Și această apă a încetinit neutronii care au reacționat și au declanșat o reacție în lanț nuclear.

Și dacă apa ar fi în mod constant în „reactor”, atunci reacția din ce în ce mai mare ar trece într-o stare supercritică și ar avea loc inevitabil o explozie.

Dar reactorul natural de la Oklo nu a intrat niciodată într-o stare atât de critică. La urma urmei, apa începe ambele reacția și o poate opri.

Figura de mai sus prezintă o secțiune transversală a reactorului Oklo. Deci, apa care trece prin reactor a declanșat o reacție în lanț și a făcut această zonă foarte fierbinte, apoi după un anumit timp apa a fiert și s-a evaporat. Astfel, reacția sa oprit, deoarece nu a existat nimic care să încetinească neutronii.

Când reactorul s-a răcit, apa a fost din nou colectată și reacția a fost pornită. Reactorul a rămas în această stare „funcțională” mulți ani, până când concentrația de uraniu a scăzut la un nivel atât de mare încât nu mai era posibil să se atingă starea de criticitate.

Așa a funcționat reactorul natural unic din Oklo, iar oamenii de știință au calculat chiar că puterea acestuia era de aproximativ 100 kW.

Acest fapt indică faptul că, la prima vedere, un fenomen imposibil în natură poate exista și natura este încă un inventator.

Dacă materialul a fost interesant pentru tine, atunci evaluează-l și nu uita să te abonezi la canal. Vă mulțumim pentru atenție!