Steinbruch zur Gewinnung von Uranerz in Gabun nahe der Stadt Oklo

Vor genau 40 Jahren die erste Internationale Konferenz gewidmet den Ergebnissen der Untersuchung eines einzigartigen natürlichen Kernreaktors im Südwesten Äquatorialafrikas. Dieses geologische Phänomen wurde am 2. Juni 1972 in Gabun, unweit der Bergbaustadt Oklo, direkt im Körper entdeckt Uranvorkommen.

Lebensdauer − 500.000 Jahre

Irgendwann während der Prüfung Uranmine In Gabun stellte eine Expedition französischer Geologen mit Erstaunen fest, dass hier vor etwa zwei Milliarden Jahren ein echter natürlicher Kernreaktor funktionierte. So wurde die ganze Welt auf das geologische Wunder aufmerksam, das in der alten Oklo-Mine verborgen war.

Wie sind die natürlichen Bedingungen für eine nukleare Kettenreaktion entstanden? Einst fing alles damit an, dass sich im Flussdelta auf einem festen Grund aus Basaltgestein eine uranerzreiche Sandsteinschicht ablagerte. Als Folge einer endlosen Reihe von Erdbeben stürzte das Basaltfundament tief in die Erde. Dort, in einem Kilometer Tiefe, brach der uranhaltige Sandstein, und Grundwasser begann in die Risse zu fließen. Hunderte von Millionen Jahren vergingen, und die Sandschicht stieg wieder an die Oberfläche.

Nuklearingenieure erklärten Geologen, dass Wasser der natürliche Regulator der Kettenreaktion sei. Als es in den Reaktor eintrat, kochte es sofort und verdampfte, wodurch das „Atomfeuer“ für eine Weile erlosch.

Es dauerte etwa 2,5 Stunden, um den Reaktor abzukühlen und Wasser anzusammeln, und die Dauer aktiver Zeitraum war etwa eine halbe Stunde. Als das Gestein abkühlte, sickerte wieder Wasser durch und löste eine Kernreaktion aus. Und so arbeitete der Reaktor, dessen Leistung 200-mal geringer war als die des ersten Kernkraftwerks in Obninsk, etwa eine halbe Million Jahre lang, als er aufflammte und dann verblasste.

„Chicago Woodpile“, der erste Atomreaktor der Welt, startete 1942

Trotz einer soliden Zeit des Studiums des afrikanischen geologischen Phänomens gibt es immer noch einige ungelöste Probleme. Und die Hauptsache: Wie hat ein Naturreaktor eine halbe Million Jahre lang Erdbeben und das Auf und Ab der Erdkruste überstanden? Denn es liegt auf der Hand, dass jede Bewegung der Erdschichten das "Volumen der Arbeitszone" sofort verändern würde. In diesem Fall würde entweder die Kernreaktion sofort aufhören oder es würde sie geben Nukleare Explosion, die das geologische Phänomen vollständig zerstörte ...

Inzwischen und drin dieser Moment Oklo ist eine aktive Uranlagerstätte. Die oberflächennahen Erzkörper werden im Steinbruchverfahren abgebaut, die in der Tiefe liegenden Erzkörper im Minenbetrieb.

"Chicago-Holzstapel"

Am 2. Dezember 1942 startete ein Team von Physikern aus Universität Chicago unter der Leitung des Preisträgers Nobelpreis Enrico Fermi startete den weltweit ersten Kernreaktor namens „Chicago Woodpile“. 15 Jahre später tauchten die ersten Ideen zur Existenzmöglichkeit auf Kernreaktor von der Natur selbst geschaffen. Einer der ersten, der die Hypothese natürlicher Reaktoren entwickelte, war der japanische Physiker Paul Kuroda. Lange Zeit suchte er erfolglos nach Spuren natürlicher Kernreaktionen in Lagerstätten von Uranminen.

Als der Oklo-Reaktor eröffnet wurde, gab es verschiedene Hypothesenüber die Ursachen dieses seltsamen Phänomens. Einige argumentierten, dass die Lagerstätte mit abgebrannten Brennelementen von außerirdischen Raumfahrzeugen kontaminiert sei, andere betrachteten sie als Begräbnisstätte für Atommüll, den wir von alten hochentwickelten Zivilisationen geerbt hätten.

Neben den erstaunlichen Details der Funktionsweise eines natürlichen Kernreaktors wäre es sehr interessant, das Schicksal seines „radioaktiven Abfalls“ zu erfahren. Radiochemiker schätzten, dass der Oklo-Reaktor etwa 6 Tonnen Spaltprodukte und 2,5 Tonnen Plutonium produzierte. Gleichzeitig wurde der Hauptteil des radioaktiven Abfalls in die kristalline Struktur des Uranitminerals in den Erzkörpern der Oklo-Mine eingeschlossen.

Der natürliche Reaktor demonstrierte anschaulich, wie es möglich wäre, nukleare Endlager zu bauen, die für sie ungefährlich sind Umfeld. Die Hauptsache beim Einfluss natürlicher Strahlung auf die Flora und Fauna unseres Planeten sind jedoch alle möglichen Mutationen.

Vom Affen zum Menschen

Der natürliche Reaktor in Oklo wurde zu einer Zeit in Betrieb genommen, als die ersten vielzelligen Organismen auf der Erde auftauchten, die sofort begannen, warme Reservoirs und Küstenzonen der Ozeane zu entwickeln. evolutionäre Lehre bezogen auf fundamentale Theorie der große Darwin, beinhaltet einen fließenden Übergang von Meerespflanzen und -tieren zu Landtieren. Einige paläontologische Befunde passen jedoch nicht gut in traditionelle Ansichten und bestätigen die Hypothesen von evolutionären "Sprüngen" und "Sprüngen". Einige Paläontologen bestehen hartnäckig darauf historische Epochen Wie aus dem Nichts tauchten plötzlich völlig neue Arten lebender Organismen auf.

Als alternative Einschätzung der Ereignisse dieser fernen Zeit kann man auch erwähnen nächste Meinung mit den Folgen des Betriebs eines natürlichen Reaktors verbunden sind. Es wird angenommen, dass ein natürlicher Kernreaktor zu zahlreichen Mutationen lebender Organismen führen könnte, von denen die allermeisten als nicht lebensfähig ausstarben. Einige Paläontologen glauben, dass es eine hohe Strahlung war, die unerwartete Mutationen bei afrikanischen Tieren verursachte, die in der Nähe herumstreunten. Menschenaffen und ihre Entwicklung zum modernen Menschen vorangetrieben.

Totpunkt- und Strahlungsmutanten

Es ist durchaus möglich, dass in jenen fernen Zeiten häufig natürliche Brennpunkte von Kettenreaktionen auftraten, sodass gelegentlich nicht nur natürliche Reaktoren eingeschaltet wurden, sondern auch Atomexplosionen auftraten. Natürlich solche Strahlungsbelastung sollte sich irgendwie in der entstehenden Biosphäre unseres Planeten widerspiegeln. Hohe Strahlung ist für jedes Leben schädlich, aber im Fall natürlicher Reaktoren ist die Situation viel komplizierter. In der Tat hätte sich in der Nähe und noch mehr über dem Reaktor ein toter Punkt gebildet (denken Sie an die mysteriösen "geopathogenen" Zonen), wo jegliche Flora und Fauna zerstört werden würde ionisierende Strahlung Reaktorzone. Aber an den Rändern Gefahrenzone Strahlungsniveaus könnten die Situation umkehren - Strahlung wird hier nicht töten, aber eine Reihe von Genmutationen verursachen.

Uranerz, das in der Oklo-Mine abgebaut wird

Unter den Strahlungsmutanten könnte es sehr ungewöhnliche Kreaturen geben, die eine große Vielfalt hervorbrachten umgebende Natur und Beschleunigung der evolutionären Entwicklung. Es stellt sich heraus, dass unweit natürlicher Strahlungsquellen eine beispiellose Vielfalt an Leben hätte beobachtet werden müssen.

Darüber hinaus könnten Strahlungsflüsse aus natürlichen Reaktoren und Explosionen Aufschluss darüber geben, wie das Leben auf der Erde begann. Evolutionsbiologen, Biophysiker und Biochemiker schlagen seit langem vorsichtig vor, dass ein ausreichend starker Energieimpuls erforderlich sei, um Lebensprozesse in der ersten Zelle in Gang zu setzen. Dieser externe Energiefluss könnte die chemischen Bindungen von Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff aufbrechen. Dann könnten diese Elemente miteinander reagieren und den ersten Komplex bilden organische Moleküle. Früher glaubte man, dass ein solcher Vorstoß Impulse geben könnte elektromagnetische Energie B. in Form einer starken Blitzentladung. Allerdings kommen in den letzten Jahren immer öfter Vorstellungen auf, dass starke Blitze die Organisation eines solchen Energieimpulses viel besser bewältigen könnten. natürliche Quellen Strahlung.

Säurephänomen

Kürzlich machte der Rover Curiosity unerwartete Entdeckung. Alles begann damit, dass der Mars-Rover im Rahmen von Routineuntersuchungen Spuren von ... nuklearer Asche auf der Oberfläche des Roten Planeten fand.

Dies mysteriöse Tatsache sofort Anlass zu der Hypothese, dass vor mehreren hundert Millionen Jahren eine großräumige Nukleare Katastrophe. Irgendwie explodierte ein natürlicher Reaktor und füllte die Weiten des Planeten mit radioaktivem Staub und Schutt. Gleichzeitig ist das Hauptargument die Tatsache, dass ein solches „nukleares Szenario“ auf der Erde in Oklo implementiert wird.

Vor vielleicht etwa einer Milliarde Jahren wurde im nördlichen Teil des sauren Marsmeeres ein riesiger Kernreaktor gebildet und betrieben. Wahrscheinlich hatte der Marsreaktor keinen ausreichend wirksamen Regler und explodierte einmal, wobei eine erhebliche Menge radioaktiver Substanzen freigesetzt wurde.

Höchstwahrscheinlich lag das "Atsidalian-Phänomen" in einer beträchtlichen Tiefe, mindestens einen Kilometer, wo sich ein riesiger Erzkörper aus konzentriertem Uran, Thorium und Kalium befand. Scheint zu sein, alter Mars war tektonisch ein ziemlich ruhiger Planet mit extrem wenig Bewegung lithosphärische Platten. Daher war der radioaktive Erzkörper sehr lange in Ruhe und Kernreaktionen.

Curiosity Rover findet Spuren von nuklearer Asche auf dem Mars

Berechnungen zeigen, dass eine Atomexplosion auf dem Mars mit dem Einschlag eines 30 Kilometer großen Asteroiden auf die Oberfläche des Planeten vergleichbar ist. Im Gegensatz zum Asteroideneinschlag befand sich die Explosionsquelle jedoch näher an der Oberfläche, und die dadurch gebildete Vertiefung war viel kleiner als die Einschlagskrater.

Region mit erhöhte Konzentration Thorium kommt im Nordwesten des Acidalischen Meeres in einer breiten und flachen Senke vor. Der Gehalt an Spuren von Thorium u radioaktive Isotope Kalium weist darauf hin, dass sich vor mehreren hundert Millionen Jahren, in der Mitte oder am Ende der Amazonas-Ära, eine nukleare Katastrophe ereignet hat. Diese Katastrophe wird auch durch das Vorhandensein der Isotope Argon-40 und Xenon-129 in der Atmosphäre des Planeten angezeigt, die aus Kernreaktionen resultieren.

Viele Planetenwissenschaftler äußern großer Zweifel in Wirklichkeit Marsmensch Nukleare Katastrophe. So stellen sie fest, dass der Strom geologische Bedingungen sowohl auf dem Mars als auch auf der Erde noch nicht erlebt haben drastische Veränderungen Seit tausenden von Jahren. Laut Geophysikern und Geochemikern können die während der NASA-Mission entdeckten Merkmale der Marsoberfläche mit den häufigsten geologischen Prozessen in Verbindung gebracht werden, die keine nukleare Grundlage haben.

Das Oklo-Phänomen erinnert an die Aussage von E. Fermi, der den ersten Kernreaktor baute, und P.L. Kapitsa, der unabhängig argumentierte, dass nur eine Person in der Lage sei, so etwas zu erschaffen. Der alte natürliche Reaktor widerlegt jedoch diese Sichtweise und bestätigt A. Einsteins Idee, dass Gott raffinierter ist ...

SP Kapitsa

1945 entwarf der japanische Physiker P.K. Kuroda, schockiert von dem, was er in Hiroshima sah, schlug zum ersten Mal die Möglichkeit eines spontanen Prozesses der Kernspaltung in der Natur vor. 1956 veröffentlichte er in der Zeitschrift Nature eine kleine, nur eine Seite umfassende Notiz. Es skizzierte kurz die Theorie eines natürlichen Kernreaktors.

Um die Spaltung schwerer Kerne einzuleiten, sind drei Bedingungen für eine zukünftige Kettenreaktion notwendig:

• 1) Kraftstoff - 23e und;
• 2) Neutronenmoderatoren - Wasser, Oxide von Silizium und Metallen, Graphit (Kollision mit den Molekülen dieser Substanzen, Neutronen verschwenden ihre Versorgung kinetische Energie und von schnell nach langsam)
• 3) Neutronenabsorber, darunter Fragmentierungselemente und Uran selbst.

Das vorherrschende Isotop in der Natur, 238 U, kann durch schnelle Neutronen gespalten werden, aber Neutronen mittlere Energie(mit mehr Energie als die langsamen und mit weniger als die schnellen), ihre Kerne einfangen und gleichzeitig nicht zerfallen, sich nicht teilen.

Bei jeder Spaltung des 235-U-Kerns, verursacht durch eine Kollision mit einem langsamen Neutron, entstehen zwei oder drei neue schnelle Neutronen. Um eine neue Teilung von 23e und zu bewirken, müssen sie langsam werden. Ein Teil der schnellen Neutronen wird durch die entsprechenden Materialien moderiert, während der andere Teil das System verlässt. Moderierte Neutronen werden teilweise von Seltenerdelementen absorbiert, die in Uranlagerstätten immer vorhanden sind und bei der Spaltung von Urankernen entstehen – erzwungen und spontan. Beispielsweise gehören Gadolinium und Samarium zu den stärksten Absorbern thermischer Neutronen.

Für die Durchführung eines stabilen Flusses der 235 U-Spaltungskettenreaktion ist es erforderlich, dass der Neutronenmultiplikationsfaktor 1 nicht unterschreitet. Der Multiplikationsfaktor (Kp) ist das Verhältnis der verbleibenden Neutronen zu ihrer Anfangszahl. Wenn Kr = 1, läuft in der Uranlagerstätte ständig eine Kettenreaktion ab, ist Kr > 1, sollte sich die Lagerstätte selbst zerstören, auflösen oder sogar explodieren. Bei Kr

Um drei Bedingungen zu erfüllen, ist es notwendig: Erstens, dass die Lagerstätte uralt ist. Derzeit beträgt die Konzentration von 23e und 23e in einem natürlichen Gemisch von Uranisotopen nur 0,72%. Das war vor nicht viel mehr als 500 Millionen und 1 Milliarde Jahren. Daher könnte in keiner Lagerstätte, die kleiner als 1 Ga ist, eine Kettenreaktion beginnen, unabhängig von der Gesamtkonzentration an Uran oder Moderatorwasser. Die Halbwertszeit beträgt 235 und etwa 700 Millionen Jahre. Die Konzentration dieses Uranisotops in natürliche Objekte Vor 2 Milliarden Jahren waren es 3,7 %, vor 3 Milliarden Jahren - 8,4 %, vor 4 Milliarden Jahren - 19,2 %. Vor Milliarden von Jahren gab es genug Brennstoff für einen natürlichen Kernreaktor.

Das Alter der Lagerstätte ist eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung für den Betrieb natürlicher Reaktoren. Eine weitere, ebenfalls notwendige Bedingung ist hier das Vorhandensein von Wasser in großen Mengen. Wasser, insbesondere schweres Wasser, ist der beste Neutronenmoderator. Das ist kein Zufall kritische Masse Uran (93,5% 235 G1) in wässriger Lösung - weniger als ein Kilogramm und im festen Zustand in Form einer Kugel mit einem speziellen Neutronenreflektor - von 18 bis 23 kg. In der Zusammensetzung des alten Uranerzes mussten mindestens 15-20% Wasser enthalten sein, damit eine Kettenreaktion der Uranspaltung darin begann.

Im Juni 1972 in einem der Labors des Kommissariats für Atomenergie Frankreich stellte bei der Herstellung einer Standardlösung von natürlichem Uran, das aus dem Erz der Uranlagerstätte Oklo, Gabun, isoliert wurde (Abb. 4.4), eine Abweichung der Isotopenzusammensetzung von Uran vom Üblichen fest: 235, und es stellte sich heraus, dass sie stattdessen 0,7171% betrug von 0,7202 %. In den nächsten sechs Wochen wurden dringend weitere 350 Proben analysiert, und es stellte sich heraus, dass Uranerz mit abgereichertem 235G1-Isotop aus dieser afrikanischen Lagerstätte nach Frankreich geliefert wurde. Es stellte sich heraus, dass in anderthalb Jahren 700 Tonnen abgereichertes Uran aus der Mine kamen und der Gesamtmangel an 23:> und Rohstoffen, die an französische Kernkraftwerke geliefert wurden, 200 kg betrug.

Französische Forscher (R. Bodiu, M. Nelli und andere) veröffentlichten dringend eine Nachricht, dass sie einen natürlichen Kernreaktor entdeckt hätten. Dann wurden in vielen Fachzeitschriften die Ergebnisse einer umfassenden Untersuchung der ungewöhnlichen Lagerstätte Oklo vorgestellt.

Vor ungefähr 2 Milliarden vor 600 Millionen Jahren ( Archäische Ära) auf dem Territorium des heutigen Gabun und seiner afrikanischen Nachbarstaaten entstand eine riesige Granitplatte, die viele zehn Kilometer lang war. Dieses Datum wurde mit radioaktiven Uhren bestimmt - durch die Ansammlung von Argon aus Kalium, Strontium - aus Rubidium, Blei - aus Uran.

In den nächsten 500 Millionen Jahren wurde dieser Block zerstört und verwandelte sich in Sand und Ton. Sie wurden von Flüssen weggespült und in Form von Niederschlägen gesättigt organische Materie, siedelten sich in Schichten im Delta des alten riesigen Flusses an. Über zig Millionen Jahre hat die Mächtigkeit der Sedimente so stark zugenommen, dass die unteren Schichten in mehreren Kilometern Tiefe lagen. sickerte durch sie hindurch Das Grundwasser, in dem Salze gelöst waren, darunter einige Uranylsalze (UOy + Ion). In mit organischem Material gesättigten Schichten gab es Bedingungen für die Reduktion von sechswertigem Uran zu vierwertigem Uran, das ausfiel. Nach und nach wurden viele tausend Tonnen Uran in Form von Erzlinsen mit einer Größe von mehreren zehn Metern abgelagert. Der Urangehalt im Erz erreichte 30, 40, 50 % und stieg weiter an.

Irgendwann waren alle Voraussetzungen für den Start der oben beschriebenen Kettenreaktion geschaffen und der natürliche Reaktor begann zu arbeiten. Die Konzentration des Isotops 235 betrug zu diesem Zeitpunkt 4,1 %. Der Neutronenfluss erhöhte sich hundertmillionenfach. Dies führte nicht nur zu einem Abbrand von 23o, sondern die Lagerstätte Oklo entpuppte sich auch als Ansammlung vieler Isotopenanomalien. Als Ergebnis der Arbeit von Natural

Reis. 4.4.

Reaktor produziert etwa 6 Tonnen Spaltprodukte und 2,5 Tonnen Plutonium. Der Großteil des radioaktiven Abfalls ist in der kristallinen Struktur des Uranitminerals „begraben“, das im Oklo-Erzkörper gefunden wurde.

Es stellte sich heraus, dass der natürliche Reaktor etwa 500.000 Jahre lang funktionierte. Anhand des Isotopenabbrandes wurde auch die vom Naturreaktor erzeugte Energie errechnet – 13.000.000 kW, im Schnitt nur 25 kW/h: 200-mal weniger als die des ersten Kernkraftwerks der Welt, das 1954 Strom lieferte Stadt in der Nähe von Moskau Obninsk. Diese Energie reichte jedoch aus, um die Lagerstätte Oklo auf 400-600 °C zu erhitzen. Nukleare Explosionen war nicht im Depot. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass der Naturreaktor Oklo selbstregulierend war. Als sich Kp der Neutronen der Eins näherte, stieg die Temperatur und Wasser, der Moderator der Neutronen, verließ die Reaktionszone. Der Reaktor stoppte, kühlte ab und das Wasser sättigte das Erz erneut – die Kettenreaktion setzte wieder ein. Die Zeit des periodischen Betriebs des Reaktors vor dem Abschalten beträgt etwa 30 Minuten, die Abkühlzeit des Reaktors beträgt 2,5 Stunden.

Gegenwärtig ist die Bildung eines natürlichen Kernreaktors auf der Erde unmöglich, aber es wird nach den Überresten anderer natürlicher Kernreaktoren gesucht.

Eine der Hypothesen über die fremde Herkunft des Menschen besagt, dass in seit jeher Das Sonnensystem wurde von einer Expedition einer Rasse aus besucht Zentralregion Galaxien, wo die Sterne und Planeten viel älter sind und das Leben dort viel früher entstanden ist.

Zuerst ließen sich Raumfahrer auf Phaethon nieder, das sich einst zwischen Mars und Jupiter befand, aber dort losgelassen wurden Atomkrieg und der Planet starb. Die Überreste dieser Zivilisation ließen sich auf dem Mars nieder, aber selbst dort tötete die Atomenergie den größten Teil der Bevölkerung. Dann kamen die verbleibenden Kolonisten auf die Erde und wurden unsere entfernten Vorfahren.

Diese Theorie kann durch eine erstaunliche Entdeckung bestätigt werden, die vor 45 Jahren in Afrika gemacht wurde. 1972 baute ein französisches Unternehmen in der Oklo-Mine in der gabunischen Republik Bergbau Uranerz. Dann während der Standardanalyse Bei Erzproben stellten Experten einen relativ großen Mangel an Uran-235 fest - mehr als 200 Kilogramm dieses Isotops fehlten. Die Franzosen schlugen sofort Alarm, weil die vermisst wurde radioaktive Substanz würde ausreichen, um mehr als eine Atombombe herzustellen.

Weitere Untersuchungen zeigten jedoch, dass die Konzentration von Uran-235 in der Gabun-Mine so niedrig ist wie in den abgebrannten Brennelementen eines Kernkraftwerksreaktors. Ist das eine Art Kernreaktor? Die Analyse von Erzkörpern in einer ungewöhnlichen Uranlagerstätte zeigte, dass in ihnen bereits vor 1,8 Milliarden Jahren Kernspaltung stattfand. Aber wie ist das ohne menschliches Eingreifen möglich?

Natürlicher Kernreaktor?

Drei Jahre später, in der gabunischen Hauptstadt Libreville, Wissenschaftliche Konferenz dem Oklo-Phänomen gewidmet. Die kühnsten Wissenschaftler dachten damals, dass der mysteriöse Kernreaktor das Ergebnis war alte Rasse, das der Kernenergie unterlag. Die meisten Anwesenden waren sich jedoch einig, dass die Mine der einzige "natürliche Kernreaktor" auf dem Planeten ist. Als ob es aufgrund natürlicher Bedingungen vor vielen Millionen Jahren von selbst begann.

Personen offizielle Wissenschaft es wird vermutet, dass sich im Flussdelta auf einem festen Basaltbett eine an radioaktivem Erz reiche Schicht aus Sandstein abgelagert hat. Aufgrund tektonischer Aktivität in dieser Region wurde der Basaltkeller mit uranhaltigem Sandstein mehrere Kilometer in die Erde abgesenkt. Der Sandstein angeblich gesprungen, und Grundwasser. Kernbrennstoff befand sich in der Mine in kompakten Ablagerungen im Inneren des Moderators, der als Wasser diente. In Ton-„Linsen“ aus Erz stieg die Urankonzentration von 0,5 Prozent auf 40 Prozent. Dicke und Masse der Schichten in bestimmten Augenblick einen kritischen Punkt erreichte, kam es zu einer Kettenreaktion, und der "natürliche Reaktor" begann zu arbeiten.

Wasser, das ein natürlicher Regulator ist, trat in den Kern ein und startete Kettenreaktion Spaltung von Urankernen. Energieemissionen führten zur Verdunstung von Wasser und die Reaktion stoppte. Doch wenige Stunden später, als der Kern des von der Natur geschaffenen Reaktors abgekühlt war, wiederholte sich der Kreislauf. Anschließend gab es vermutlich eine neue Naturkatastrophe, die diese "Installation" auf ihr ursprüngliches Niveau angehoben hat, oder Uran-235 ist einfach ausgebrannt. Und der Betrieb des Reaktors wurde eingestellt.

Wissenschaftler haben berechnet, dass die Energie zwar unterirdisch erzeugt wurde, ihre Leistung jedoch gering war - nicht mehr als 100 Kilowatt, was ausreichen würde, um mehrere Dutzend Toaster zu betreiben. Allein die Tatsache, dass die Erzeugung von Atomenergie spontan in der Natur stattfand, ist beeindruckend.

Oder ist es ein nukleares Endlager?

Viele Experten glauben jedoch nicht an solch fantastische Zufälle. Die Entdecker der Atomenergie haben schon vor langer Zeit bewiesen, dass eine Kernreaktion nur künstlich herbeigeführt werden kann. Die natürliche Umwelt ist zu instabil und chaotisch, um einen solchen Prozess über Millionen und Abermillionen von Jahren zu unterstützen.

Daher glauben viele Experten daran wir reden nicht um einen Kernreaktor in Oklo, sondern um ein Atomlager. Dieser Ort sieht wirklich eher aus wie eine Deponie für abgebrannten Uranbrennstoff, und die Deponie ist perfekt ausgestattet. Eingebettet in einen „Sarkophag“ aus Basalt wurde Uran Hunderte von Millionen Jahren unterirdisch gelagert, und nur menschliche Eingriffe ließen es an der Oberfläche erscheinen.

Aber da es einen Friedhof gibt, bedeutet das, dass es auch einen Reaktor gab, der Atomenergie erzeugte! Das heißt, jemand, der unseren Planeten vor 1,8 Milliarden Jahren bewohnte, hatte bereits die Technologie der Kernenergie. Wo ist das alles geblieben?

Laut alternativen Historikern ist unsere technokratische Zivilisation keineswegs die erste auf der Erde. Es gibt allen Grund zu der Annahme, dass es früher so war Hochentwickelte Zivilisationen die eine Kernreaktion zur Energieerzeugung nutzten. Wie die Menschheit heute haben unsere fernen Vorfahren diese Technologie jedoch in eine Waffe verwandelt und sich dann damit umgebracht. Es ist möglich, dass unsere Zukunft auch vorbestimmt ist, und nach ein paar Milliarden Jahren werden die Nachkommen der heutigen Zivilisation auf die von uns hinterlassenen Atommüllhalden stoßen und sich fragen: Woher kommen sie? ..

Während der Routineanalyse von Uranerzproben kam eine sehr seltsame Tatsache ans Licht – der Prozentsatz von Uran-235 war unter dem Normalwert. Natürliches Uran enthält drei unterschiedliche Isotope Atommassen. Das häufigste ist Uran-238, das seltenste ist Uran-234 und das interessanteste ist Uran-235, das eine nukleare Kettenreaktion unterstützt. Überall und drin Erdkruste, und auf dem Mond und sogar in Meteoriten - Uran-235-Atome machen 0,720% aus gesamt Uran. Proben aus der Oklo-Lagerstätte in Gabun enthielten jedoch nur 0,717 % Uran-235. Diese winzige Diskrepanz reichte aus, um die französischen Wissenschaftler zu alarmieren. Weitere Nachforschungen zeigte, dass etwa 200 kg Erz fehlten – genug, um ein halbes Dutzend Atombomben herzustellen.

Ein Urantagebau in Oklo, Gabun, hat mehr als ein Dutzend Zonen freigelegt, in denen einst nukleare Reaktionen stattfanden.

Die Spezialisten der französischen Atomenergiekommission standen vor einem Rätsel. Die Antwort war ein 19 Jahre alter Artikel, in dem George W. Wetherill von der University of California in Los Angeles und Mark G. Inghram von der University of Chicago die Existenz natürlicher Kernreaktoren in ferner Vergangenheit nahelegten. Bald identifizierte Paul K. Kuroda, ein Chemiker an der Universität von Arkansas, die „notwendigen und ausreichenden“ Bedingungen für einen sich selbst erhaltenden Spaltungsprozess, der spontan im Körper einer Uranlagerstätte auftritt.

Nach seinen Berechnungen sollte die Höhe der Einzahlung überschritten werden durchschnittliche Länge Reichweite von Neutronen, die eine Aufspaltung verursachen (etwa 2/3 Meter). Dann werden die von einem spaltbaren Kern emittierten Neutronen von einem anderen Kern absorbiert, bevor sie die Uranader verlassen.

Die Konzentration von Uran-235 muss hoch genug sein. Heute kann selbst eine große Lagerstätte kein Kernreaktor werden, da sie weniger als 1 % Uran-235 enthält. Dieses Isotop zerfällt ungefähr sechsmal schneller als Uran-238, was bedeutet, dass in der fernen Vergangenheit, zum Beispiel vor 2 Milliarden Jahren, die Menge an Uran-235 etwa 3 % betrug – ungefähr so ​​viel wie in angereichertem Uran, das als Brennstoff verwendet wird die meisten Kernkraftwerke. Es ist auch notwendig, eine Substanz zu haben, die in der Lage ist, die bei der Spaltung von Urankernen emittierten Neutronen zu moderieren, damit sie die Spaltung anderer Urankerne wirksamer verursachen. Schließlich darf die Erzmasse keine nennenswerten Mengen an Bor, Lithium oder anderen sogenannten Kerngiften enthalten, die aktiv Neutronen absorbieren und ein schnelles Stoppen einer Kernreaktion verursachen würden.

Natürliche Kernspaltungsreaktoren wurden nur im Herzen Afrikas, in Gabun, in Oklo und den benachbarten Uranminen in Okelobondo sowie am etwa 35 km entfernten Standort Bangombe gefunden.

Die Forscher fanden heraus, dass die Bedingungen vor 2 Milliarden Jahren von 16 geschaffen wurden getrennte Abschnitte sowohl innerhalb von Oklo als auch in den benachbarten Uranminen von Okelobondo, lagen sehr nahe an dem, was Kuroda beschrieb (siehe „Divine Reactor“, „In the World of Science“, Nr. 1, 2004). Obwohl all diese Zonen vor Jahrzehnten entdeckt wurden, konnten wir erst vor kurzem endlich herausfinden, was in einem dieser alten Reaktoren vor sich ging.

Überprüfung mit Lichtelementen

Bald bestätigten Physiker die Annahme, dass die Abnahme des Uran-235-Gehalts in Oklo durch Spaltreaktionen verursacht wurde. Unbestreitbare Beweise ergaben sich bei der Untersuchung von Elementen, die durch Spaltung entstehen schwerer Kern. Die Konzentration an Zersetzungsprodukten stellte sich als so hoch heraus, dass diese Schlussfolgerung die einzig wahre war. Vor 2 Milliarden Jahren fand hier eine nukleare Kettenreaktion statt, ähnlich der, die Enrico Fermi und seine Kollegen 1942 brillant demonstrierten.

Physiker auf der ganzen Welt haben Beweise für die Existenz natürlicher Kernreaktoren untersucht. Die Ergebnisse ihrer Arbeiten zum „Oklo-Phänomen“ stellten die Wissenschaftler 1975 auf einer Sonderkonferenz in der Hauptstadt Gabuns, Libreville, vor. nächstes Jahr George A. Cowan, der die Vereinigten Staaten bei dem Treffen vertrat, schrieb einen Artikel für Scientific American (siehe "A Natural Fission Reactor", von George A. Cowan, Juli 1976).

Cowan fasste die Informationen zusammen und beschrieb das Konzept dessen, was an diesem erstaunlichen Ort geschah: Einige der Neutronen, die bei der Spaltung von Uran-235 emittiert werden, werden von Kernen des häufiger vorkommenden Uran-238 eingefangen, das sich in Uran-239 und danach verwandelt die Emission von zwei Elektronen wird zu Plutonium-239. So wurden in Oklo mehr als zwei Tonnen dieses Isotops gebildet. Dann wurde ein Teil des Plutoniums gespalten, was durch das Vorhandensein charakteristischer Spaltprodukte belegt wurde, was die Forscher zu dem Schluss veranlasste, dass diese Reaktionen Hunderttausende von Jahren andauern müssen. Basierend auf der verwendeten Menge an Uran-235 berechneten sie die freigesetzte Energiemenge - etwa 15.000 MW-Jahre. Nach diesem und anderen Beweisen stellte sich heraus, dass die durchschnittliche Leistung des Reaktors weniger als 100 kW betrug, dh es würde ausreichen, mehrere Dutzend Toaster zu betreiben.

Wie sind mehr als ein Dutzend Naturreaktoren entstanden? Was sicherte ihre konstante Macht über mehrere hundert Jahrtausende? Warum haben sie sich nicht sofort nach Beginn der nuklearen Kettenreaktionen selbst zerstört? Welcher Mechanismus sorgte für die notwendige Selbstregulierung? Wurden die Reaktoren kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben? Die Antworten auf diese Fragen erschienen nicht sofort. Und weiter letzte Frage Erst kürzlich konnte ich Licht ins Dunkel bringen, als meine Kollegen und ich begannen, Proben des mysteriösen afrikanischen Erzes an der Washington University in St. Louis zu untersuchen.

Aufteilung im Detail

Kernkettenreaktionen beginnen, wenn ein einzelnes freies Neutron auf den Kern eines spaltbaren Atoms wie Uran-235 (oben links) trifft. Der Kern spaltet sich, erzeugt zwei kleinere Atome und emittiert andere Neutronen, die wegfliegen schnelle Geschwindigkeit und müssen verlangsamt werden, bevor sie andere Kerne zur Spaltung bringen können. In einer Lagerstätte in Oklo, genau wie in modernen Kernreaktoren bei leichtes Wasser war das Verzögerungsmittel gewöhnliches Wasser. Der Unterschied liegt im Regulierungssystem: on Atomkraftwerke Neutronen absorbierende Stäbe werden verwendet, und die Reaktoren in Oklo wurden einfach erhitzt, bis das Wasser verkochte.

Was verbarg das Edelgas?

Unsere Arbeit an einem der Reaktoren in Oklo war der Analyse von Xenon gewidmet, einem schweren Inertgas, das Milliarden von Jahren in Mineralien eingeschlossen bleiben kann. Xenon hat neun stabile Isotope, die in vorkommen verschiedene Mengen abhängig von der Art der nuklearen Prozesse. Als Edelgas reagiert es chemisch nicht mit anderen Elementen und ist daher für die Isotopenanalyse leicht zu reinigen. Xenon ist extrem selten, was es ermöglicht, Kernreaktionen zu erkennen und zu verfolgen, selbst wenn sie vor der Geburt des Sonnensystems stattgefunden haben.

Uran-235-Atome machen etwa 0,720 % des natürlichen Urans aus. Als die Arbeiter entdeckten, dass Oklos Uran etwas mehr als 0,717 % enthielt, waren sie überrascht, denn diese Zahl unterscheidet sich tatsächlich erheblich von anderen Uranerzproben (oben). Anscheinend war das Verhältnis von Uran-235 zu Uran-238 in der Vergangenheit viel höher, da die Halbwertszeit von Uran-235 viel kürzer ist. Unter solchen Bedingungen wird eine Spaltungsreaktion möglich. Als sich die Uranlagerstätten bei Oklo vor 1,8 Milliarden Jahren bildeten, betrug die natürliche Häufigkeit von Uran-235 etwa 3 %, genauso viel wie im Kernreaktorbrennstoff. Als die Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstand, lag das Verhältnis bei über 20 %, dem Wert, bei dem Uran heute als „waffenfähig“ gilt.

Um die Isotopenzusammensetzung von Xenon zu analysieren, benötigen Sie ein Massenspektrometer, ein Gerät, das Atome nach ihrem Gewicht sortieren kann. Wir hatten das Glück, Zugang zu einem extrem genauen Xenon-Massenspektrometer zu haben, das von Charles M. Hohenberg gebaut wurde. Aber zuerst mussten wir das Xenon aus unserer Probe extrahieren. Typischerweise wird ein xenonhaltiges Mineral über seinen Schmelzpunkt erhitzt, wodurch die Kristallstruktur zusammenbricht und das darin enthaltene Gas nicht mehr halten kann. Aber wir sollen sammeln Mehr Informationen, verwendete eine subtilere Methode - die Laserextraktion, mit der Sie das Xenon in bestimmten Körnern erreichen und die angrenzenden Bereiche intakt lassen.

Wir haben viele winzige Abschnitte der einzigen Gesteinsprobe, die wir von Oklo haben, bearbeitet, die nur 1 mm dick und 4 mm breit ist. Um den Laserstrahl genau auszurichten, verwendeten wir eine detaillierte Röntgenkarte des Objekts, die von Olga Pradivtseva erstellt wurde, die auch die Mineralien identifizierte, aus denen das Objekt bestand. Nach der Extraktion haben wir das freigesetzte Xenon gereinigt und in einem Hohenberg-Massenspektrometer analysiert, das uns die Anzahl der Atome jedes Isotops lieferte.

Hier erwarteten uns gleich mehrere Überraschungen: Erstens befand sich kein Gas in den uranreichen Mineralkörnern. Das meiste davon wurde von Mineralien eingefangen, die Aluminiumphosphat enthielten – es wurde festgestellt, dass sie die höchste Xenonkonzentration aufweisen, die jemals in der Natur gefunden wurde. Zweitens unterschied sich das extrahierte Gas in der Isotopenzusammensetzung erheblich von dem, das normalerweise in Kernreaktoren gebildet wird. Es fehlte praktisch an Xenon-136 und Xenon-134, während der Gehalt an leichteren Isotopen des Elements gleich blieb.

Es stellte sich heraus, dass das aus den Aluminiumphosphatkörnern in der Oklo-Probe extrahierte Xenon eine merkwürdige Isotopenzusammensetzung (links) aufwies, die nicht mit der übereinstimmt, die durch die Spaltung von Uran-235 (Mitte) entsteht, und nicht der Isotopenzusammensetzung von atmosphärischem Xenon ähnelt ( Rechts). Bemerkenswerterweise sind die Mengen an Xenon-131 und -132 höher und die Mengen an -134 und -136 geringer als bei der Uran-235-Spaltung zu erwarten wäre. Obwohl diese Beobachtungen den Autor zunächst verwirrten, erkannte er später, dass sie den Schlüssel zum Verständnis der Funktionsweise dieses alten Kernreaktors enthielten.

Was ist der Grund für solche Änderungen? Vielleicht ist dies das Ergebnis von Kernreaktionen? Eine sorgfältige Analyse ermöglichte es meinen Kollegen und mir, diese Möglichkeit auszuschließen. Wir haben uns auch die physikalische Sortierung verschiedener Isotope angesehen, was manchmal passiert, weil sich schwerere Atome etwas langsamer bewegen als ihre leichteren Gegenstücke. Diese Eigenschaft wird in Urananreicherungsanlagen zur Herstellung von Reaktorbrennstoff genutzt. Aber selbst wenn die Natur einen solchen Prozess im mikroskopischen Maßstab implementieren könnte, wäre die Zusammensetzung der Mischung von Xenon-Isotopen in Aluminiumphosphatkörnern anders als das, was wir gefunden haben. Beispielsweise gemessen relativ zur Menge an Xenon-132, die Abnahme des Gehalts an Xenon-136 (schwerer um 4 atomare Einheiten Masse) wäre doppelt so viel wie für Xenon-134 (um 2 atomare Masseneinheiten schwerer), wenn die physikalische Sortierung funktionieren würde. Allerdings haben wir so etwas noch nicht gesehen.

Nachdem wir die Bedingungen für die Bildung von Xenon analysiert hatten, stellten wir fest, dass keines seiner Isotope ein direktes Ergebnis der Spaltung von Uran war; sie alle waren Zerfallsprodukte radioaktiver Jodisotope, die ihrerseits aus radioaktivem Tellur usw. nach dem bekannten Ablauf von Kernreaktionen gebildet wurden. In diesem Fall traten verschiedene Xenon-Isotope in unserer Probe von Oklo zu unterschiedlichen Zeiten auf. Je länger ein bestimmter radioaktiver Vorläufer lebt, desto verzögerter wird die Bildung von Xenon daraus. Beispielsweise begann die Bildung von Xenon-136 nur eine Minute nach Beginn der sich selbst erhaltenden Spaltung. Eine Stunde später erscheint das nächste leichtere stabile Isotop, Xenon-134. Dann, ein paar Tage später, erscheinen Xenon-132 und Xenon-131 auf der Bildfläche. Schließlich, nach Millionen von Jahren und viel später als das Ende der nuklearen Kettenreaktionen, wird Xenon-129 gebildet.

Wenn die Uranvorkommen in Oklo ein geschlossenes System geblieben wären, hätte das während des Betriebs seiner natürlichen Reaktoren angesammelte Xenon eine normale Isotopenzusammensetzung behalten. Aber das System war nicht geschlossen, wie die Tatsache zeigt, dass sich die Oklo-Reaktoren irgendwie selbst regulierten. Der wahrscheinlichste Mechanismus beinhaltet die Beteiligung von Grundwasser an diesem Prozess, das verdampft, nachdem die Temperatur ein bestimmtes kritisches Niveau erreicht hat. Als das Wasser, das als Neutronenmoderator fungierte, verdampfte, stoppten die nuklearen Kettenreaktionen vorübergehend, und nachdem alles abgekühlt war und wieder ausreichend Grundwasser in die Reaktionszone eindrang, konnte die Spaltung wieder aufgenommen werden.

Dieses Bild zeigt zwei wichtige Momente: Reaktoren könnten intermittierend arbeiten (Ein- und Ausschalten); durch dies Felsen Es mussten große Wassermengen durchgeleitet werden, die ausreichten, um einige der Xenon-Vorläufer, nämlich Tellur und Jod, auszuspülen. Das Vorhandensein von Wasser hilft auch zu erklären, warum Großer Teil Xenon findet sich heute eher in Aluminiumphosphatkörnern als in uranreichen Gesteinen. Die Aluminiumphosphatkörner wurden wahrscheinlich durch die Einwirkung des Wassers gebildet, das vom Kernreaktor erhitzt wurde, nachdem es auf etwa 300 °C abgekühlt war.

Während jeder aktiven Periode des Oklo-Reaktors und einige Zeit danach, während die Temperatur hoch blieb, wurde das meiste Xenon (einschließlich Xenon-136 und -134, die relativ schnell erzeugt werden) aus dem Reaktor entfernt. Als der Reaktor abkühlte, wurden die langlebigeren Xenon-Vorläufer (diejenigen, die später zu Xenon-132, -131 und -129 führen würden, die wir in größerer Zahl fanden) in die wachsenden Aluminiumphosphatkörner eingebaut. Als dann mehr Wasser in die Reaktionszone zurückkehrte, verlangsamten sich die Neutronen auf das richtige Maß und die Spaltungsreaktion begann erneut, wodurch der Zyklus von Erwärmung und Abkühlung wiederholt werden musste. Das Ergebnis war eine spezifische Verteilung von Xenon-Isotopen.

Es ist nicht ganz klar, welche Kräfte dieses Xenon fast die Hälfte der Lebensdauer des Planeten in den Aluminiumphosphatmineralien gehalten haben. Warum wurde insbesondere das Xenon, das in einem bestimmten Zyklus des Reaktorbetriebs auftrat, während des nächsten Zyklus nicht ausgestoßen? Vermutlich war die Struktur von Aluminiumphosphat in der Lage, das darin gebildete Xenon auch bei hohen Temperaturen festzuhalten.

Versuche, die ungewöhnliche Isotopenzusammensetzung von Xenon bei Oklo zu erklären, erforderten auch die Berücksichtigung anderer Elemente. Besondere Aufmerksamkeit angezogenes Jod, aus dem beim radioaktiven Zerfall Xenon entsteht. Die Modellierung des Prozesses der Bildung von Spaltprodukten und ihres radioaktiven Zerfalls zeigte, dass die spezifische Isotopenzusammensetzung von Xenon eine Folge des zyklischen Vorgangs des Reaktors ist, der in den drei Diagrammen oben dargestellt ist.

Arbeitsplan Natur

Nachdem die Theorie zur Entstehung von Xenon in Aluminiumphosphatkörnern entwickelt wurde, haben wir versucht, diesen Vorgang in einem mathematischen Modell umzusetzen. Unsere Berechnungen haben viel im Betrieb des Reaktors geklärt, und die erhaltenen Daten über Xenon-Isotope führten zu den erwarteten Ergebnissen. Der Reaktor in Oklo wurde für 30 Minuten „eingeschaltet“ und für 30 Minuten „ausgeschaltet“. wenigstens für 2,5 Stunden. Einige Geysire funktionieren auf ähnliche Weise: Sie erhitzen sich langsam, kochen, schütten einen Teil des Grundwassers aus und wiederholen diesen Zyklus Tag für Tag, Jahr für Jahr. So könnte Grundwasser, das durch die Lagerstätte Oklo fließt, nicht nur als Neutronenmoderator wirken, sondern auch den Betrieb des Reaktors „regulieren“. Es war ein äußerst effizienter Mechanismus, der die Struktur Hunderttausende von Jahren lang vor dem Schmelzen oder Explodieren bewahrte.

Nuklearingenieure können viel von Oklo lernen. Zum Beispiel, wie man mit Atommüll umgeht. Oklo ist ein Beispiel für ein geologisches Langzeitlager. Wissenschaftler untersuchen daher detailliert die zeitlichen Migrationsprozesse von Spaltprodukten aus natürlichen Reaktoren. Sie untersuchten auch sorgfältig dieselbe alte Spaltungszone am Standort Bangombe, etwa 35 km von Oklo entfernt. Der Bangombe-Reaktor ist von besonderem Interesse, weil er flacher ist als Oklo und Okelobondo und bis vor kurzem mehr Wasser durch ihn floss. Solche erstaunlichen Objekte stützen die Hypothese, dass viele Arten von gefährlichem Atommüll erfolgreich in unterirdischen Lagerstätten isoliert werden können.

Oklos Beispiel zeigt auch, wie einige der gefährlichsten Arten von Atommüll gelagert werden. Vom Beginn der industriellen Nutzung Kernenergie riesige Mengen der resultierenden Nuklearanlagen radioaktive Edelgase (Xenon-135, Krypton-85 usw.). In natürlichen Reaktoren werden diese Abfallprodukte von aluminiumphosphathaltigen Mineralien eingefangen und über Milliarden von Jahren festgehalten.

Uralte Reaktoren vom Typ Oklo können auch einen Einfluss auf das Verständnis der Grundlagen haben physikalische Quantitäten, zum Beispiel eine physikalische Konstante, die mit dem Buchstaben α (Alpha) bezeichnet wird und mit so universellen Größen wie der Lichtgeschwindigkeit verbunden ist (siehe "Nichtkonstante Konstanten", "In der Welt der Wissenschaft", Nr. 9, 2005) . Während drei Jahrzehnte Das Oklo-Phänomen (2 Milliarden Jahre alt) wurde als Argument gegen Änderungen von α angeführt. Aber letztes Jahr fanden Steven K. Lamoreaux und Justin R. Torgerson vom Los Alamos National Laboratory heraus, dass diese „Konstante“ erheblich schwankte.

Sind diese alten Reaktoren in Gabun die einzigen, die jemals auf der Erde entstanden sind? Vor zwei Milliarden Jahren waren die Bedingungen für eine sich selbst erhaltende Kernspaltung nicht allzu selten, also werden vielleicht eines Tages andere natürliche Reaktoren entdeckt. Und die Ergebnisse der Analyse von Xenon aus den Proben könnten bei dieser Suche sehr hilfreich sein.

„Das Oklo-Phänomen erinnert an die Aussage von E. Fermi, der den ersten Kernreaktor gebaut hat, und P.L. Kapitsa, der unabhängig argumentierte, dass nur eine Person in der Lage sei, so etwas zu erschaffen. Der alte natürliche Reaktor widerlegt jedoch diese Sichtweise und bestätigt die Idee von A. Einstein, dass Gott raffinierter ist…“
SP Kapitsa

Über den Autor:
Alex Meschik(Alex P. Meshik) absolvierte Fakultät für Physik Leningradsky staatliche Universität. 1988 verteidigte er Doktorarbeit am Institut für Geochemie u analytische Chemie Sie. IN UND. Wernadski. Seine Dissertation befasste sich mit der Geochemie, Geochronologie und Kernchemie der Edelgase Xenon und Krypton. 1996 begann Meshik im Labor zu arbeiten Weltraumforschung an der Washington University in St. Louis, wo er derzeit Edelgase untersucht Sonnenwind gesammelt und von der Raumsonde Genesis zur Erde gebracht.

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