ओक्लोस शहर के पास गैबॉन में यूरेनियम अयस्क की निकासी के लिए खदान

ठीक 40 साल पहले, पहला अंतरराष्ट्रीय सम्मेलनभूमध्यरेखीय अफ्रीका के दक्षिण-पश्चिम में एक अद्वितीय प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर के अध्ययन के परिणामों के लिए समर्पित। यह भूवैज्ञानिक घटना गैबॉन में खोजी गई थी, जो ओक्लो के खनन शहर से ज्यादा दूर नहीं है, 2 जून, 1972 को शरीर के ठीक अंदर यूरेनियम जमा.

आजीवन - 500,000 वर्ष

कभी परीक्षा के दौरान यूरेनियम की खानगैबॉन में, फ्रांसीसी भूवैज्ञानिकों का एक अभियान यह जानकर चकित रह गया कि लगभग दो अरब साल पहले यहां एक वास्तविक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर काम करता था। तो पुरानी ओक्लो खदान में छिपे भूगर्भीय चमत्कार से पूरी दुनिया वाकिफ हो गई।

परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए प्राकृतिक परिस्थितियां कैसे उत्पन्न हुईं? एक बार यह सब इस तथ्य से शुरू हुआ कि बेसाल्ट चट्टानों के एक ठोस बिस्तर पर नदी के डेल्टा में यूरेनियम अयस्क से भरपूर बलुआ पत्थर की एक परत जमा हो गई थी। भूकंप की एक अंतहीन श्रृंखला के परिणामस्वरूप, बेसाल्ट नींव पृथ्वी में गहराई तक गिर गई। वहाँ, एक किलोमीटर की गहराई पर, यूरेनियम युक्त बलुआ पत्थर टूट गया, और भूजल दरारों में बहने लगा। करोड़ों साल बीत गए और रेतीली परत फिर से सतह पर आ गई।

परमाणु इंजीनियरों ने भूवैज्ञानिकों को समझाया कि पानी श्रृंखला प्रतिक्रिया का प्राकृतिक नियामक है। जब यह रिएक्टर में प्रवेश किया, तो यह तुरंत उबल गया और वाष्पित हो गया, जिसके परिणामस्वरूप "परमाणु आग" थोड़ी देर के लिए निकल गई।

रिएक्टर को ठंडा करने और पानी जमा करने में लगभग 2.5 घंटे लगे, और अवधि सक्रिय अवधिलगभग आधा घंटा था। जब चट्टान ठंडी हुई, तो पानी फिर से रिसने लगा और एक परमाणु प्रतिक्रिया शुरू हो गई। और इसलिए, भड़कना, फिर लुप्त होना, रिएक्टर, जिसकी शक्ति ओबनिंस्क में पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र की तुलना में 200 गुना कम थी, ने लगभग आधे मिलियन वर्षों तक काम किया।

"शिकागो वुडपाइल", दुनिया का पहला परमाणु रिएक्टर, 1942 में लॉन्च किया गया

अफ्रीकी भूवैज्ञानिक घटना के अध्ययन की एक ठोस अवधि के बावजूद, अभी भी कुछ अनसुलझे मुद्दे हैं। और मुख्य बात: आधा मिलियन वर्षों तक, एक प्राकृतिक रिएक्टर भूकंप और पृथ्वी की पपड़ी के उतार-चढ़ाव से कैसे बचे? आखिरकार, यह स्पष्ट है कि पृथ्वी की परतों की कोई भी गति तुरंत "कार्य क्षेत्र के आयतन" को बदल देगी। इस मामले में, या तो परमाणु प्रतिक्रिया तुरंत बंद हो जाएगी, या वहाँ होगा परमाणु विस्फोट, जिसने भूवैज्ञानिक घटना को पूरी तरह से नष्ट कर दिया ...

इस बीच और में इस पलओक्लो एक सक्रिय यूरेनियम जमा है। वे अयस्क निकाय जो सतह के पास स्थित होते हैं, उन्हें खदान विधि द्वारा खनन किया जाता है, और जो गहराई में होते हैं उनका खनन खनन कार्य द्वारा किया जाता है।

"शिकागो वुडपाइल"

2 दिसंबर 1942 को भौतिकविदों का एक दल शिकागो विश्वविद्यालयपुरस्कार विजेता के नेतृत्व में नोबेल पुरुस्कारएनरिको फर्मी ने "शिकागो वुडपाइल" नामक दुनिया का पहला परमाणु रिएक्टर लॉन्च किया। 15 साल बाद अस्तित्व की संभावना के पहले विचार सामने आए परमाणु भट्टीप्रकृति ने ही बनाया है। प्राकृतिक रिएक्टरों की परिकल्पना विकसित करने वाले पहले लोगों में से एक जापानी भौतिक विज्ञानी पॉल कुरोदा थे। लंबे समय तक उन्होंने यूरेनियम खदान के भंडार में प्राकृतिक परमाणु प्रतिक्रियाओं के संकेतों की असफल खोज की।

जब ओक्लो रिएक्टर खोला गया था, वहां थे विभिन्न परिकल्पनाइस अजीब घटना के कारणों के बारे में। कुछ ने तर्क दिया कि जमा विदेशी अंतरिक्ष यान से खर्च किए गए ईंधन से दूषित था, दूसरों ने इसे परमाणु कचरे के लिए एक दफन स्थान माना, जो हमें प्राचीन उच्च विकसित सभ्यताओं से विरासत में मिला था।

एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर के कामकाज के आश्चर्यजनक विवरणों के अलावा, इसके "रेडियोधर्मी कचरे" के भाग्य को जानना बहुत दिलचस्प होगा। रेडियोकेमिस्टों ने अनुमान लगाया कि ओक्लो रिएक्टर ने लगभग 6 टन विखंडन उत्पादों और 2.5 टन प्लूटोनियम का उत्पादन किया। उसी समय, रेडियोधर्मी कचरे का मुख्य हिस्सा ओक्लो खदान के अयस्क निकायों में यूरेनाइट खनिज की क्रिस्टलीय संरचना के भीतर संलग्न था।

प्राकृतिक रिएक्टर ने स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया कि परमाणु भंडार बनाना कैसे संभव होगा जो कि हानिरहित हैं वातावरण. हालांकि, हमारे ग्रह के वनस्पतियों और जीवों पर प्राकृतिक विकिरण के प्रभाव में मुख्य बात सभी प्रकार के उत्परिवर्तन हैं।

बंदर से आदमी तक

ओक्लो में प्राकृतिक रिएक्टर ने ऐसे समय में काम करना शुरू किया जब पृथ्वी पर पहला बहुकोशिकीय जीव दिखाई दिया, जिसने तुरंत गर्म जलाशयों और महासागरों के तटीय क्षेत्रों को विकसित करना शुरू कर दिया। विकासवादी सिद्धांतपर आधारित मौलिक सिद्धांतग्रेट डार्विन, समुद्री पौधों और जानवरों से स्थलीय लोगों तक एक सहज संक्रमण शामिल है। हालांकि, कुछ पेलियोन्टोलॉजिकल निष्कर्ष पारंपरिक विचारों में अच्छी तरह फिट नहीं होते हैं, जो विकासवादी "छलांग" और "छलांग" की परिकल्पना की पुष्टि करते हैं। कुछ जीवाश्म विज्ञानी हठपूर्वक जोर देते हैं कि विभिन्न पर ऐतिहासिक कालमानो कहीं से ही जीवित जीवों की पूरी तरह से नई प्रजाति अचानक प्रकट हो गई।

उस दूर के समय की घटनाओं के वैकल्पिक मूल्यांकन के रूप में, कोई भी उल्लेख कर सकता है अगली रायएक प्राकृतिक रिएक्टर के संचालन के परिणामों से जुड़े। यह माना जाता है कि एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर जीवित जीवों के कई उत्परिवर्तन का कारण बन सकता है, जिनमें से अधिकांश अव्यावहारिक के रूप में मर गए। कुछ जीवाश्म विज्ञानी मानते हैं कि यह उच्च विकिरण था जिसके कारण आस-पास घूमने वाले अफ्रीकी जानवरों में अप्रत्याशित उत्परिवर्तन हुआ। महान वानरऔर अपने विकास को आधुनिक मनुष्य की ओर धकेला।

डेड स्पॉट और रेडिएशन म्यूटेंट

यह बहुत संभव है कि उन दूर के समय में, श्रृंखला प्रतिक्रियाओं का प्राकृतिक फॉसी अक्सर होता था, इसलिए कभी-कभी न केवल प्राकृतिक रिएक्टर चालू होते थे, बल्कि परमाणु विस्फोट भी होते थे। बेशक, ऐसे विकिरण अनावरणकिसी भी तरह हमारे ग्रह के उभरते जीवमंडल में परिलक्षित होना चाहिए। उच्च विकिरण किसी भी जीवन के लिए हानिकारक है, लेकिन प्राकृतिक रिएक्टरों के मामले में स्थिति बहुत अधिक जटिल है। वास्तव में, रिएक्टर के पास, और उससे भी अधिक, एक मृत स्थान का गठन होना चाहिए था (रहस्यमय "जियोपैथोजेनिक" क्षेत्र याद रखें), जहां कोई भी वनस्पति और जीव नष्ट हो जाएगा आयनीकरण विकिरणरिएक्टर क्षेत्र। लेकिन किनारों के आसपास खतरा क्षेत्रविकिरण का स्तर स्थिति को उलट सकता है - यहां विकिरण नहीं मारेगा, लेकिन जीन उत्परिवर्तन की एक श्रृंखला का कारण होगा।

ओक्लो खदान से यूरेनियम अयस्क का खनन

विकिरण उत्परिवर्तकों के बीच बहुत ही असामान्य जीव हो सकते हैं जिन्होंने में एक महान विविधता बनाई है आसपास की प्रकृतिऔर विकासवादी विकास में तेजी लाना। यह पता चला है कि जीवन की एक अभूतपूर्व विविधता को विकिरण के प्राकृतिक स्रोतों से दूर नहीं देखा जाना चाहिए था।

इसके अलावा, प्राकृतिक रिएक्टरों और विस्फोटों से विकिरण प्रवाह इस बात पर प्रकाश डाल सकता है कि पृथ्वी पर जीवन कैसे शुरू हुआ। विकासवादी जीवविज्ञानी, बायोफिजिसिस्ट और बायोकेमिस्ट लंबे समय से सावधानी से सुझाव दे रहे हैं कि पहले सेल में जीवन प्रक्रियाओं को शुरू करने के लिए कुछ पर्याप्त शक्तिशाली ऊर्जा आवेग की आवश्यकता थी। बाहरी ऊर्जा का यह प्रवाह कार्बन, नाइट्रोजन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन जैसे तत्वों के रासायनिक बंधनों को तोड़ सकता है। तब ये तत्व एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं और पहला कॉम्प्लेक्स बना सकते हैं कार्बनिक अणु. पहले, यह माना जाता था कि इस तरह का धक्का प्रोत्साहन दे सकता है विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा, कहते हैं, एक मजबूत बिजली के निर्वहन के रूप में। हालांकि, हाल के वर्षों में, अधिक से अधिक बार ऐसे विचार आए हैं कि शक्तिशाली बिजली इस तरह के ऊर्जा आवेग के संगठन को बेहतर तरीके से संभाल सकती है। प्राकृतिक झरनेविकिरण।

अम्लीय घटना

हाल ही में क्यूरियोसिटी रोवर ने बनाया है अप्रत्याशित खोज. यह सब इस तथ्य से शुरू हुआ कि नियमित शोध के दौरान, मंगल ग्रह के रोवर ने लाल ग्रह की सतह पर ... परमाणु राख के निशान पाए।

यह रहस्यमय तथ्यतुरंत इस परिकल्पना को जन्म दिया कि कई सौ मिलियन वर्ष पहले, एक बड़े पैमाने पर परमाणु तबाही. किसी तरह, एक प्राकृतिक रिएक्टर में विस्फोट हो गया, जिसने ग्रह के विशाल विस्तार को रेडियोधर्मी धूल और मलबे से भर दिया। उसी समय, मुख्य तर्क यह है कि इस तरह के "परमाणु परिदृश्य" को पृथ्वी पर, ओक्लो में लागू किया जा रहा है।

शायद लगभग एक अरब साल पहले, मंगल ग्रह के अम्लीय सागर के उत्तरी भाग में एक विशाल परमाणु रिएक्टर का गठन और संचालन किया गया था। संभवतः, मंगल ग्रह के रिएक्टर में पर्याप्त रूप से प्रभावी नियामक नहीं था और एक बार विस्फोट हो गया, जिससे महत्वपूर्ण मात्रा में रेडियोधर्मी पदार्थ निकल गए।

सबसे अधिक संभावना है, "एसिडालियन घटना" कम से कम एक किलोमीटर की काफी गहराई पर थी, जहां केंद्रित यूरेनियम, थोरियम और पोटेशियम का एक विशाल अयस्क निकाय था। एसा लगता है, प्राचीन मंगलविवर्तनिक रूप से बहुत कम गति वाला एक शांत ग्रह था स्थलमंडलीय प्लेटें. इसलिए, रेडियोधर्मी अयस्क पिंड बहुत लंबे समय तक आराम पर था और परमाणु प्रतिक्रिया.

क्यूरियोसिटी रोवर ने मंगल ग्रह पर परमाणु राख के निशान ढूंढे

गणना से पता चलता है कि एक मंगल ग्रह का परमाणु विस्फोट ग्रह की सतह पर 30 किलोमीटर के क्षुद्रग्रह के गिरने के बराबर है। हालांकि, क्षुद्रग्रह प्रभाव के विपरीत, विस्फोट का स्रोत सतह के करीब था, और इसके द्वारा गठित अवसाद प्रभाव क्रेटर की तुलना में गहराई में बहुत छोटा था।

के साथ क्षेत्र बढ़ी हुई एकाग्रताथोरियम एक विस्तृत और उथले बेसिन में एसिडालियन सागर के उत्तर-पश्चिम में होता है। थोरियम के निशान की सामग्री और रेडियोधर्मी समस्थानिकपोटेशियम इंगित करता है कि अमेजोनियन युग के मध्य या अंत में कई सौ मिलियन वर्ष पहले एक परमाणु तबाही हुई थी। इस तबाही को परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप आइसोटोप आर्गन -40 और क्सीनन -129 के ग्रह के वातावरण में उपस्थिति से भी संकेत मिलता है।

कई ग्रह वैज्ञानिक व्यक्त करते हैं बड़ा संदेहवास्तव में मंगल ग्रह का निवासी परमाणु तबाही. इस प्रकार, वे ध्यान दें कि वर्तमान भूवैज्ञानिक स्थितियांमंगल और पृथ्वी दोनों पर अनुभव नहीं किया है बड़ा बदलावहज़ारों सालों से। भूभौतिकीविदों और भू-रसायनविदों के अनुसार, नासा मिशन के दौरान खोजी गई मंगल की सतह की विशेषताओं को सबसे आम भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं से जोड़ा जा सकता है जिनका परमाणु आधार नहीं है।

ओक्लो घटना ई। फर्मी के बयान को ध्यान में लाती है, जिन्होंने पहले परमाणु रिएक्टर का निर्माण किया था, और पी.एल. कपित्सा, जिन्होंने स्वतंत्र रूप से तर्क दिया कि केवल एक व्यक्ति ही ऐसा कुछ बनाने में सक्षम है। हालाँकि, प्राचीन प्राकृतिक रिएक्टर इस दृष्टिकोण का खंडन करता है, ए आइंस्टीन के इस विचार की पुष्टि करता है कि ईश्वर अधिक परिष्कृत है ...

एस.पी. कपित्सा

1945 में, जापानी भौतिक विज्ञानी पी.के. कुरोदा ने हिरोशिमा में जो कुछ देखा, उससे हैरान होकर पहली बार प्रकृति में परमाणु विखंडन की एक सहज प्रक्रिया की संभावना का सुझाव दिया। 1956 में, नेचर जर्नल में, उन्होंने एक छोटा, केवल एक पृष्ठ नोट प्रकाशित किया। इसने संक्षेप में एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर के सिद्धांत को रेखांकित किया।

भारी नाभिक के विखंडन को आरंभ करने के लिए, भविष्य की श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए तीन शर्तें आवश्यक हैं:

• 1) ईंधन - 23e और;
• 2) न्यूट्रॉन मॉडरेटर - पानी, सिलिकॉन और धातुओं के ऑक्साइड, ग्रेफाइट (इन पदार्थों के अणुओं से टकराने से न्यूट्रॉन अपनी आपूर्ति बर्बाद कर देते हैं) गतिज ऊर्जाऔर तेज से धीमी)
• 3) न्यूट्रॉन अवशोषक, जिनमें से विखंडन तत्व और यूरेनियम ही हैं।

प्रकृति में प्रमुख समस्थानिक, 238 यू, को तेज न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित किया जा सकता है, लेकिन न्यूट्रॉन मध्यम ऊर्जा(धीमे लोगों की तुलना में अधिक ऊर्जा के साथ, और तेज वाले से कम के साथ), इसके नाभिक कब्जा करते हैं और साथ ही साथ क्षय नहीं करते हैं, विभाजित नहीं होते हैं।

235 यू नाभिक के प्रत्येक विखंडन के साथ, धीमी न्यूट्रॉन के साथ टकराव के कारण, दो या तीन नए तेज न्यूट्रॉन बनते हैं। 23e के एक नए विभाजन का कारण बनने के लिए, उन्हें धीमा होना चाहिए। कुछ तेज न्यूट्रॉन संबंधित सामग्रियों द्वारा संचालित होते हैं, जबकि दूसरा भाग सिस्टम को छोड़ देता है। मॉडरेट किए गए न्यूट्रॉन दुर्लभ पृथ्वी तत्वों द्वारा आंशिक रूप से अवशोषित होते हैं, जो हमेशा यूरेनियम जमा में मौजूद होते हैं और यूरेनियम नाभिक के विखंडन के दौरान बनते हैं - मजबूर और सहज। उदाहरण के लिए, गैडोलीनियम और समैरियम थर्मल न्यूट्रॉन के सबसे मजबूत अवशोषक में से हैं।

235 यू विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया के एक स्थिर प्रवाह के कार्यान्वयन के लिए, यह आवश्यक है कि न्यूट्रॉन गुणन कारक 1 से नीचे न हो। गुणन कारक (केपी) शेष न्यूट्रॉन का उनकी प्रारंभिक संख्या का अनुपात है। यदि Кр = 1, यूरेनियम जमा में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया लगातार आगे बढ़ रही है, यदि Кр> 1, जमा को स्वयं को नष्ट करना, नष्ट करना या विस्फोट करना चाहिए। कृ में

तीन शर्तों को पूरा करने के लिए यह आवश्यक है: पहला, कि जमा प्राचीन हो। वर्तमान में, यूरेनियम समस्थानिकों के प्राकृतिक मिश्रण में 23e की सांद्रता और केवल 0.72% है। यह 500 मिलियन और 1 अरब साल पहले से ज्यादा नहीं था। इसलिए, यूरेनियम या मॉडरेटर पानी की कुल सांद्रता की परवाह किए बिना, 1 Ga से कम जमा में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू नहीं हो सकती है। आधा जीवन 235 और लगभग 700 मिलियन वर्ष है। इस यूरेनियम समस्थानिक की सांद्रता प्राकृतिक वस्तुएं 2 अरब साल पहले यह 3.7% था, 3 अरब साल पहले - 8.4%, 4 अरब साल पहले - 19.2%। अरबों साल पहले एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर के लिए पर्याप्त ईंधन था।

प्राकृतिक रिएक्टरों के संचालन के लिए जमा की प्राचीनता एक आवश्यक लेकिन पर्याप्त शर्त नहीं है। एक और आवश्यक शर्त यहां बड़ी मात्रा में पानी की मौजूदगी है। पानी, विशेष रूप से भारी पानी, सबसे अच्छा न्यूट्रॉन मॉडरेटर है। यह कोई संयोग नहीं है कि क्रांतिक द्रव्यमानयूरेनियम (93.5% 235 G1) एक जलीय घोल में - एक किलोग्राम से कम, और ठोस अवस्था में, एक विशेष न्यूट्रॉन परावर्तक के साथ एक गेंद के रूप में - 18 से 23 किग्रा तक। कम से कम 15-20% पानी प्राचीन यूरेनियम अयस्क की संरचना में होना चाहिए, ताकि उसमें यूरेनियम विखंडन की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू हो सके।

जून 1972 में, कमिश्रिएट की प्रयोगशालाओं में से एक में परमाणु ऊर्जाफ्रांस, यूरेनियम जमा ओक्लो, गैबॉन (चित्र। 4.4) के अयस्क से पृथक प्राकृतिक यूरेनियम का एक मानक समाधान तैयार करते समय, यूरेनियम की समस्थानिक संरचना का सामान्य से विचलन पाया: 235 और यह इसके बजाय 0.7171% निकला। 0.7202% का। अगले छह हफ्तों में, अन्य 350 नमूनों का तत्काल विश्लेषण किया गया और यह पता चला कि 235G1 आइसोटोप में समाप्त यूरेनियम अयस्क को इस अफ्रीकी जमा से फ्रांस पहुंचाया जा रहा था। यह पता चला कि डेढ़ साल में, खदान से 700 टन कम यूरेनियम आया, और 23:> की कुल कमी और फ्रांसीसी परमाणु संयंत्रों को आपूर्ति किए गए कच्चे माल की मात्रा 200 किलोग्राम थी।

फ्रांसीसी शोधकर्ताओं (आर। बोडियू, एम। नेल्ली, और अन्य) ने तत्काल एक संदेश प्रकाशित किया कि उन्होंने एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर की खोज की है। फिर, कई पत्रिकाओं में, असामान्य ओक्लो जमा के व्यापक अध्ययन के परिणाम प्रस्तुत किए गए।

लगभग 2 अरब 600 मिलियन वर्ष पूर्व ( आर्कियन युग) वर्तमान गैबॉन और उसके पड़ोसी अफ्रीकी राज्यों के क्षेत्र में, कई दसियों किलोमीटर लंबे एक विशाल ग्रेनाइट स्लैब का निर्माण किया गया था। यह तिथि रेडियोधर्मी घड़ियों का उपयोग करके निर्धारित की गई थी - पोटेशियम से आर्गन के संचय द्वारा, स्ट्रोंटियम - रूबिडियम से, सीसा - यूरेनियम से।

अगले 500 मिलियन वर्षों में, यह ब्लॉक नष्ट हो गया, रेत और मिट्टी में बदल गया। वे नदियों से बह गए और वर्षा के रूप में संतृप्त हो गए कार्बनिक पदार्थ, प्राचीन विशाल नदी के डेल्टा में परतों में बसे। दसियों लाख वर्षों में, तलछट की मोटाई इतनी बढ़ गई है कि निचली परतें कई किलोमीटर की गहराई पर थीं। उनके माध्यम से रिसना भूजल, जिसमें कुछ uranyl लवण (UOy + ion) सहित लवणों को भंग किया गया था। कार्बनिक पदार्थों से संतृप्त परतों में, हेक्सावलेंट यूरेनियम के टेट्रावैलेंट में कमी के लिए स्थितियां थीं, जो अवक्षेपित थीं। धीरे-धीरे, हजारों टन यूरेनियम अयस्क "लेंस" के रूप में दसियों मीटर आकार में जमा किया गया। अयस्क में यूरेनियम की मात्रा 30, 40, 50% तक पहुंच गई और बढ़ती रही।

किसी बिंदु पर, श्रृंखला प्रतिक्रिया की शुरुआत के लिए आवश्यक सभी शर्तें, जो ऊपर वर्णित हैं, का गठन किया गया था, और प्राकृतिक रिएक्टर ने काम करना शुरू कर दिया था। उस समय समस्थानिक 235 की सांद्रता 4.1% थी। न्यूट्रॉन फ्लक्स में करोड़ों गुना वृद्धि हुई। इससे न केवल 23o का बर्नअप हुआ, बल्कि ओक्लो डिपॉजिट कई समस्थानिक विसंगतियों का एक संग्रह बन गया। प्राकृतिक के काम के परिणामस्वरूप

चावल। 4.4.

रिएक्टर ने लगभग 6 टन विखंडन उत्पादों और 2.5 टन प्लूटोनियम का उत्पादन किया। ओक्लो अयस्क बॉडी में पाए जाने वाले यूरेनाइट खनिज की क्रिस्टलीय संरचना के भीतर रेडियोधर्मी कचरे का बड़ा हिस्सा "दफन" होता है।

यह पता चला कि प्राकृतिक रिएक्टर ने लगभग 500 हजार वर्षों तक काम किया। आइसोटोप बर्नअप के आधार पर, प्राकृतिक रिएक्टर द्वारा उत्पन्न ऊर्जा की भी गणना की गई - 13,000,000 kW, औसतन केवल 25 kW / h: दुनिया के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र की तुलना में 200 गुना कम, जिसने 1954 में बिजली प्रदान की थी। मास्को के पास का शहरओबनिंस्क। हालांकि, यह ऊर्जा ओक्लो जमा के तापमान को 400-600 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचने के लिए पर्याप्त थी। परमाणु विस्फोटजमा में नहीं था। यह शायद इसलिए है क्योंकि ओक्लो प्राकृतिक रिएक्टर स्व-विनियमन कर रहा था। जब न्यूट्रॉन के Kp एकता के करीब पहुंचे, तो तापमान में वृद्धि हुई, और पानी, न्यूट्रॉन के मॉडरेटर ने प्रतिक्रिया क्षेत्र छोड़ दिया। रिएक्टर बंद हो गया, ठंडा हो गया, और पानी ने अयस्क को फिर से संतृप्त कर दिया - श्रृंखला प्रतिक्रिया फिर से शुरू हो गई। शटडाउन से पहले रिएक्टर के आवधिक संचालन का समय लगभग 30 मिनट है, रिएक्टर का शीतलन समय 2.5 घंटे है।

वर्तमान में, पृथ्वी पर एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर का निर्माण असंभव है, लेकिन अन्य प्राकृतिक परमाणु रिएक्टरों के अवशेषों की खोज की जा रही है।

मनुष्य के विदेशी मूल के बारे में एक परिकल्पना कहती है कि अति प्राचीन कालसे एक दौड़ के एक अभियान द्वारा सौर मंडल का दौरा किया गया केन्द्रीय क्षेत्रआकाशगंगाएँ, जहाँ तारे और ग्रह बहुत पुराने हैं, और इसलिए वहाँ जीवन की उत्पत्ति बहुत पहले हुई थी।

सबसे पहले, अंतरिक्ष यात्री फेथॉन पर बसे, जो कभी मंगल और बृहस्पति के बीच स्थित था, लेकिन वहां से निकल गया परमाणु युद्धऔर ग्रह मर गया। इस सभ्यता के अवशेष मंगल पर बस गए, लेकिन वहां भी परमाणु ऊर्जा ने अधिकांश आबादी को मार डाला। फिर शेष उपनिवेशवासी हमारे दूर के पूर्वज बनकर पृथ्वी पर आ गए।

अफ्रीका में 45 साल पहले की गई एक अद्भुत खोज से इस सिद्धांत की पुष्टि हो सकती है। 1972 में, एक फ्रांसीसी निगम गैबोनीज़ रिपब्लिक में ओक्लो खदान में खनन कर रहा था यूरेनियम अयस्क. फिर के दौरान मानक विश्लेषणअयस्क के नमूनों में, विशेषज्ञों ने यूरेनियम -235 की अपेक्षाकृत बड़ी कमी पाई - इस आइसोटोप के 200 किलोग्राम से अधिक गायब थे। फ्रांसीसी ने तुरंत अलार्म बजाया, क्योंकि लापता रेडियोधर्मी पदार्थएक से अधिक परमाणु बम बनाने के लिए पर्याप्त होगा।

हालांकि, आगे की जांच से पता चला है कि गैबोनीज़ खदान में यूरेनियम -235 की एकाग्रता परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर से खर्च किए गए ईंधन के रूप में कम है। क्या यह किसी प्रकार का परमाणु रिएक्टर है? असामान्य यूरेनियम जमा में अयस्क निकायों के विश्लेषण से पता चला है कि उनमें परमाणु विखंडन 1.8 अरब साल पहले हुआ था। लेकिन यह मानवीय हस्तक्षेप के बिना कैसे संभव है?

प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर?

तीन साल बाद, गैबोन की राजधानी लिब्रेविल में, वैज्ञानिक सम्मेलनओक्लो घटना को समर्पित। सबसे साहसी वैज्ञानिकों ने तब माना कि रहस्यमय परमाणु रिएक्टर का परिणाम था प्राचीन जाति, जो परमाणु ऊर्जा के अधीन था। हालांकि, उपस्थित लोगों में से अधिकांश ने सहमति व्यक्त की कि मेरा ग्रह पर एकमात्र "प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर" है। जैसे, यह प्राकृतिक परिस्थितियों के कारण अपने आप ही कई लाख वर्षों से प्रारंभ हो गया।

लोग आधिकारिक विज्ञानयह माना जाता है कि रेडियोधर्मी अयस्क से भरपूर बलुआ पत्थर की एक परत नदी के डेल्टा में एक ठोस बेसाल्ट बिस्तर पर जमा की गई थी। इस क्षेत्र में टेक्टोनिक गतिविधि के कारण, यूरेनियम युक्त बलुआ पत्थर के साथ बेसाल्ट बेसमेंट कई किलोमीटर जमीन में धँस गया था। बलुआ पत्थर कथित रूप से फटा, और भूजल. परमाणु ईंधन खदान में मॉडरेटर के अंदर कॉम्पैक्ट जमा में स्थित था, जो पानी के रूप में काम करता था। अयस्क की मिट्टी "लेंस" में, यूरेनियम की सांद्रता 0.5 प्रतिशत से बढ़कर 40 प्रतिशत हो गई। परतों की मोटाई और द्रव्यमान निश्चित क्षणएक महत्वपूर्ण बिंदु पर पहुंच गया, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया हुई, और "प्राकृतिक रिएक्टर" ने काम करना शुरू कर दिया।

पानी, एक प्राकृतिक नियामक होने के नाते, कोर में प्रवेश किया और लॉन्च किया श्रृंखला अभिक्रियायूरेनियम नाभिक का विखंडन। ऊर्जा के उत्सर्जन से पानी का वाष्पीकरण हुआ और प्रतिक्रिया रुक गई। हालांकि, कुछ घंटों बाद, जब प्रकृति द्वारा बनाए गए रिएक्टर का कोर ठंडा हो गया, तो चक्र दोहराया गया। इसके बाद, संभवतः, एक नया था दैवीय आपदा, जिसने इस "स्थापना" को अपने मूल स्तर तक बढ़ा दिया, या यूरेनियम -235 बस जल गया। और रिएक्टर का संचालन ठप हो गया।

वैज्ञानिकों ने गणना की है कि यद्यपि ऊर्जा भूमिगत रूप से उत्पन्न हुई थी, इसकी शक्ति कम थी - 100 किलोवाट से अधिक नहीं, जो कई दर्जन टोस्टर संचालित करने के लिए पर्याप्त होगी। हालाँकि, यह तथ्य कि प्रकृति में अनायास ही परमाणु ऊर्जा का उत्पादन हुआ है, प्रभावशाली है।

या यह एक परमाणु भंडार है?

हालांकि, कई विशेषज्ञ ऐसे शानदार संयोगों पर विश्वास नहीं करते हैं। परमाणु ऊर्जा के खोजकर्ताओं ने बहुत पहले साबित कर दिया था कि परमाणु प्रतिक्रिया केवल कृत्रिम रूप से प्राप्त की जा सकती है। लाखों और लाखों वर्षों से इस तरह की प्रक्रिया का समर्थन करने के लिए प्राकृतिक वातावरण बहुत अस्थिर और अराजक है।

इसलिए, कई विशेषज्ञ मानते हैं कि हम बात कर रहे हेओक्लो में परमाणु रिएक्टर के बारे में नहीं, बल्कि परमाणु भंडार के बारे में। यह जगह वास्तव में एक खर्च किए गए यूरेनियम ईंधन डंप की तरह दिखती है, और डंप पूरी तरह से सुसज्जित है। एक बेसाल्ट "सरकोफैगस" में डूबे हुए, यूरेनियम को सैकड़ों लाखों वर्षों तक भूमिगत रखा गया था, और केवल मानवीय हस्तक्षेप के कारण यह सतह पर दिखाई दिया।

लेकिन चूँकि वहाँ एक कब्रगाह है, इसका मतलब है कि वहाँ एक रिएक्टर भी था जो परमाणु ऊर्जा का उत्पादन करता था! यानी, कोई व्यक्ति जिसने 1.8 अरब साल पहले हमारे ग्रह पर निवास किया था, उसके पास पहले से ही परमाणु ऊर्जा की तकनीक थी। यह सब कहाँ गया?

वैकल्पिक इतिहासकारों के अनुसार, हमारी तकनीकी सभ्यता किसी भी तरह से पृथ्वी पर पहली नहीं है। यह मानने का हर कारण है कि वहाँ हुआ करता था अत्यधिक विकसित सभ्यताएंजिन्होंने ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए परमाणु प्रतिक्रिया का उपयोग किया। हालांकि, आज मानवता की तरह हमारे दूर के पूर्वजों ने इस तकनीक को हथियार में बदल दिया, और फिर इससे खुद को मार डाला। हो सकता है कि हमारा भविष्य भी पहले से तय हो, और एक-दो अरब साल बाद मौजूदा सभ्यता के वंशज हमारे द्वारा छोड़े गए परमाणु कचरे के ढेरों के पार आ जाएंगे और सोचेंगे: वे कहां से आए हैं? ..

यूरेनियम अयस्क के नमूनों के नियमित विश्लेषण के दौरान एक बहुत ही अजीब तथ्य सामने आया - यूरेनियम -235 का प्रतिशत सामान्य से कम था। प्राकृतिक यूरेनियम में तीन समस्थानिक होते हैं जो भिन्न होते हैं परमाणु द्रव्यमान. सबसे आम यूरेनियम -238 है, सबसे दुर्लभ यूरेनियम -234 है, और सबसे दिलचस्प यूरेनियम -235 है, जो परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया का समर्थन करता है। हर जगह और भूपर्पटी, और चंद्रमा पर, और उल्कापिंडों में भी - यूरेनियम -235 परमाणु 0.720% बनाते हैं कुलयूरेनियम लेकिन गैबॉन में ओक्लो जमा के नमूनों में केवल 0.717% यूरेनियम -235 था। यह छोटी सी विसंगति फ्रांसीसी वैज्ञानिकों को सचेत करने के लिए काफी थी। आगे का अन्वेषणपता चला कि लगभग 200 किलो अयस्क गायब था - आधा दर्जन परमाणु बम बनाने के लिए पर्याप्त।

ओक्लो, गैबॉन में एक यूरेनियम के खुले गड्ढे ने एक दर्जन से अधिक क्षेत्रों का पता लगाया है जहां एक बार परमाणु प्रतिक्रियाएं हुई थीं।

फ्रांसीसी परमाणु ऊर्जा आयोग के विशेषज्ञ हैरान थे। जवाब 19 साल पुराना एक लेख था जिसमें कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स के जॉर्ज डब्ल्यू. वेदरिल और शिकागो विश्वविद्यालय के मार्क जी. इंग्राम ने सुदूर अतीत में प्राकृतिक परमाणु रिएक्टरों के अस्तित्व का सुझाव दिया था। जल्द ही, अरकंसास विश्वविद्यालय के एक रसायनज्ञ पॉल के. कुरोदा ने यूरेनियम जमा के शरीर में अनायास होने वाली एक आत्मनिर्भर विखंडन प्रक्रिया के लिए "आवश्यक और पर्याप्त" स्थितियों की पहचान की।

उसकी गणना के अनुसार, जमा का आकार अधिक होना चाहिए औसत लंबाईन्यूट्रॉन की सीमा जो विभाजन का कारण बनती है (लगभग 2/3 मीटर)। फिर एक विखंडनीय नाभिक द्वारा उत्सर्जित न्यूट्रॉन यूरेनियम शिरा छोड़ने से पहले दूसरे नाभिक द्वारा अवशोषित कर लिए जाएंगे।

यूरेनियम-235 की सांद्रता काफी अधिक होनी चाहिए। आज एक बड़ा भंडार भी परमाणु रिएक्टर नहीं बन सकता, क्योंकि इसमें 1% से भी कम यूरेनियम-235 होता है। यह समस्थानिक यूरेनियम -238 की तुलना में लगभग छह गुना तेजी से क्षय होता है, जिसका अर्थ है कि सुदूर अतीत में, उदाहरण के लिए, 2 अरब साल पहले, यूरेनियम -235 की मात्रा लगभग 3% थी - ईंधन के रूप में उपयोग किए जाने वाले समृद्ध यूरेनियम के जितना ही। अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र। यूरेनियम नाभिक के विखंडन के दौरान उत्सर्जित न्यूट्रॉन को नियंत्रित करने में सक्षम पदार्थ का होना भी आवश्यक है ताकि वे अधिक प्रभावी ढंग से अन्य यूरेनियम नाभिक के विखंडन का कारण बन सकें। अंत में, अयस्क के द्रव्यमान में बोरॉन, लिथियम, या अन्य तथाकथित परमाणु जहरों की प्रशंसनीय मात्रा नहीं होनी चाहिए जो सक्रिय रूप से न्यूट्रॉन को अवशोषित करते हैं और किसी भी परमाणु प्रतिक्रिया को त्वरित रोक देते हैं।

प्राकृतिक विखंडन रिएक्टर केवल अफ्रीका के केंद्र में, गैबॉन में, ओक्लो में और पड़ोसी यूरेनियम खदानों में ओकेलोबोंडो में और बांगोम्बे साइट पर, लगभग 35 किमी दूर पाए गए हैं।

शोधकर्ताओं ने पाया कि 2 अरब साल पहले 16 . तक बनाई गई स्थितियां अलग खंडओक्लो के भीतर और ओकेलोबोंडो में पड़ोसी यूरेनियम खदानों में, कुरोदा ने जो वर्णन किया है, उसके बहुत करीब थे (देखें "डिवाइन रिएक्टर", "इन द वर्ल्ड ऑफ साइंस", नंबर 1, 2004)। हालाँकि इन सभी क्षेत्रों की खोज दशकों पहले की गई थी, लेकिन हाल ही में हम यह पता लगाने में सक्षम थे कि इन प्राचीन रिएक्टरों में से एक के अंदर क्या चल रहा था।

प्रकाश तत्वों के साथ जाँच करना

जल्द ही भौतिकविदों ने इस धारणा की पुष्टि की कि ओक्लो में यूरेनियम -235 की सामग्री में कमी विखंडन प्रतिक्रियाओं के कारण हुई थी। विभाजन से उत्पन्न होने वाले तत्वों के अध्ययन में निर्विवाद प्रमाण सामने आया भारी कोर. अपघटन उत्पादों की सांद्रता इतनी अधिक निकली कि ऐसा निष्कर्ष ही सही निकला। 2 अरब साल पहले, एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया यहां हुई थी, जैसा कि एनरिको फर्मी और उनके सहयोगियों ने 1942 में शानदार प्रदर्शन किया था।

दुनिया भर के भौतिक विज्ञानी प्राकृतिक परमाणु रिएक्टरों के अस्तित्व के साक्ष्य का अध्ययन कर रहे हैं। वैज्ञानिकों ने 1975 में गैबॉन, लिब्रेविल की राजधानी में एक विशेष सम्मेलन में "ओक्लो घटना" पर अपने काम के परिणाम प्रस्तुत किए। आगामी वर्षजॉर्ज ए. कोवान, जिन्होंने बैठक में संयुक्त राज्य अमेरिका का प्रतिनिधित्व किया, ने साइंटिफिक अमेरिकन के लिए एक लेख लिखा (जॉर्ज ए. कोवान द्वारा जुलाई 1976 में "एक प्राकृतिक विखंडन रिएक्टर" देखें)।

कोवान ने जानकारी को सारांशित किया और इस अद्भुत जगह में क्या हो रहा था की अवधारणा का वर्णन किया: यूरेनियम -235 के विखंडन से उत्सर्जित कुछ न्यूट्रॉन अधिक सामान्य यूरेनियम -238 के नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, जो यूरेनियम -239 में बदल जाता है, और उसके बाद दो इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन प्लूटोनियम-239 में बदल जाता है। तो ओक्लो में इस आइसोटोप के दो टन से अधिक का निर्माण हुआ। फिर प्लूटोनियम का हिस्सा विखंडन से गुजरा, जैसा कि विशिष्ट विखंडन उत्पादों की उपस्थिति से पता चलता है, जिसके कारण शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि ये प्रतिक्रियाएं सैकड़ों हजारों वर्षों तक जारी रही होंगी। उपयोग किए गए यूरेनियम -235 की मात्रा के आधार पर, उन्होंने जारी ऊर्जा की मात्रा की गणना की - लगभग 15 हजार मेगावाट-वर्ष। इस और अन्य सबूतों के अनुसार, रिएक्टर की औसत शक्ति 100 kW से कम निकली, यानी यह कई दर्जन टोस्टर को संचालित करने के लिए पर्याप्त होगी।

एक दर्जन से अधिक प्राकृतिक रिएक्टर कैसे बने? कई सौ सहस्राब्दियों तक उनकी निरंतर शक्ति क्या सुनिश्चित करती है? परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू होने के तुरंत बाद उन्होंने आत्म-विनाश क्यों नहीं किया? किस तंत्र ने आवश्यक स्व-नियमन प्रदान किया? क्या रिएक्टर लगातार या रुक-रुक कर चल रहे थे? इन सवालों के जवाब तुरंत सामने नहीं आए। और पर अन्तिम प्रश्नमैं हाल ही में प्रकाश डालने में सक्षम था जब मैंने और मेरे सहयोगियों ने सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय में रहस्यमय अफ्रीकी अयस्क के नमूनों का अध्ययन करना शुरू किया।

विस्तार से बंटवारा

परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रियाएं तब शुरू होती हैं जब एक एकल मुक्त न्यूट्रॉन एक विखंडनीय परमाणु के नाभिक से टकराता है, जैसे कि यूरेनियम -235 (ऊपर बाएं)। नाभिक विभाजित हो जाता है, दो छोटे परमाणु उत्पन्न करता है और अन्य न्यूट्रॉन उत्सर्जित करता है जो उड़ जाते हैं तीव्र गतिऔर इससे पहले कि वे अन्य नाभिकों को विभाजित कर सकें, उन्हें धीमा कर देना चाहिए। ओक्लो में जमा में, ठीक आधुनिक परमाणु रिएक्टरों की तरह हल्का पानी, रिटार्डिंग एजेंट साधारण पानी था। अंतर विनियमन प्रणाली में निहित है: on परमाणु ऊर्जा संयंत्रन्यूट्रॉन अवशोषित छड़ का उपयोग किया जाता है, और ओक्लो में रिएक्टरों को तब तक गर्म किया जाता था जब तक कि पानी उबल न जाए।

नोबल गैस क्या छुपा रही थी?

ओक्लो में एक रिएक्टर पर हमारा काम क्सीनन के विश्लेषण के लिए समर्पित था, एक भारी अक्रिय गैस जो अरबों वर्षों तक खनिजों में फंसी रह सकती है। क्सीनन में नौ स्थिर समस्थानिक होते हैं जो में होते हैं विभिन्न मात्रापरमाणु प्रक्रियाओं की प्रकृति पर निर्भर करता है। एक उत्कृष्ट गैस के रूप में, यह अन्य तत्वों के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया नहीं करती है और इसलिए समस्थानिक विश्लेषण के लिए शुद्ध करना आसान है। क्सीनन अत्यंत दुर्लभ है, जो परमाणु प्रतिक्रियाओं का पता लगाने और उन्हें ट्रैक करने के लिए इसका उपयोग करना संभव बनाता है, भले ही वे सौर मंडल के जन्म से पहले हुए हों।

यूरेनियम -235 परमाणु प्राकृतिक यूरेनियम का लगभग 0.720% बनाते हैं। इसलिए जब श्रमिकों को पता चला कि ओक्लो के यूरेनियम में 0.717% से अधिक है, तो वे हैरान रह गए। यह आंकड़ा वास्तव में अन्य यूरेनियम अयस्क नमूनों (ऊपर) से काफी अलग है। जाहिर है, यूरेनियम -235 से यूरेनियम -238 का अनुपात अतीत में बहुत अधिक था, क्योंकि यूरेनियम -235 का आधा जीवन बहुत छोटा है। ऐसी परिस्थितियों में, एक दरार प्रतिक्रिया संभव हो जाती है। जब 1.8 अरब साल पहले ओक्लो में यूरेनियम जमा हुआ, तो यूरेनियम -235 की प्राकृतिक प्रचुरता लगभग 3% थी, जो परमाणु रिएक्टर ईंधन के समान थी। जब पृथ्वी लगभग 4.6 अरब साल पहले बनी थी, तो यह अनुपात 20% से अधिक था, जिस स्तर पर आज यूरेनियम को "हथियार-श्रेणी" माना जाता है।

क्सीनन की समस्थानिक संरचना का विश्लेषण करने के लिए, आपको एक मास स्पेक्ट्रोमीटर की आवश्यकता होती है, एक ऐसा उपकरण जो परमाणुओं को उनके वजन के अनुसार क्रमबद्ध कर सकता है। हम भाग्यशाली थे कि चार्ल्स एम। होहेनबर्ग द्वारा निर्मित एक अत्यंत सटीक क्सीनन मास स्पेक्ट्रोमीटर तक पहुंच है। लेकिन पहले हमें अपने नमूने से क्सीनन निकालना पड़ा। आमतौर पर, एक क्सीनन युक्त खनिज को उसके गलनांक से ऊपर गर्म किया जाता है, जिससे क्रिस्टल संरचना टूट जाती है और अब उसमें मौजूद गैस को धारण करने में सक्षम नहीं होता है। लेकिन हमें इकट्ठा करना है अधिक जानकारी, एक अधिक सूक्ष्म विधि का उपयोग किया - लेजर निष्कर्षण, जो आपको कुछ अनाजों में क्सीनन तक पहुंचने की अनुमति देता है और उनके आस-पास के क्षेत्रों को बरकरार रखता है।

हमने केवल 1 मिमी मोटा और 4 मिमी चौड़ा, ओक्लो से हमारे पास मौजूद एकमात्र रॉक नमूने के कई छोटे खंडों को मशीनीकृत किया है। लेजर बीम को सटीक रूप से लक्षित करने के लिए, हमने ओल्गा प्रदीवत्सेवा द्वारा निर्मित वस्तु के विस्तृत एक्स-रे मानचित्र का उपयोग किया, जिसने वस्तु को बनाने वाले खनिजों की भी पहचान की। निष्कर्षण के बाद, हमने जारी क्सीनन को शुद्ध किया और होहेनबर्ग मास स्पेक्ट्रोमीटर में इसका विश्लेषण किया, जिसने हमें प्रत्येक आइसोटोप के परमाणुओं की संख्या दी।

यहां कई आश्चर्यों ने हमारा इंतजार किया: सबसे पहले, खनिजों के यूरेनियम युक्त अनाज में कोई गैस नहीं थी। इसका अधिकांश भाग एल्यूमीनियम फॉस्फेट युक्त खनिजों द्वारा कब्जा कर लिया गया था - वे प्रकृति में पाए जाने वाले क्सीनन की उच्चतम सांद्रता में पाए गए थे। दूसरे, निकाली गई गैस सामान्य रूप से परमाणु रिएक्टरों में बनने वाली समस्थानिक संरचना में काफी भिन्न होती है। इसमें व्यावहारिक रूप से क्सीनन-136 और क्सीनन-134 की कमी थी, जबकि तत्व के हल्के समस्थानिकों की सामग्री समान रही।

ओक्लो नमूने में एल्यूमीनियम फॉस्फेट अनाज से निकाले गए क्सीनन में एक जिज्ञासु समस्थानिक रचना (बाएं) थी जो यूरेनियम -235 (केंद्र) के विखंडन से उत्पन्न नहीं होती है और वायुमंडलीय क्सीनन की समस्थानिक संरचना से मिलती जुलती नहीं है ( सही)। विशेष रूप से, क्सीनन-131 और -132 की मात्रा अधिक है और -134 और -136 की मात्रा यूरेनियम -235 विखंडन से अपेक्षा से कम है। हालाँकि इन टिप्पणियों ने शुरू में लेखक को हैरान कर दिया, लेकिन बाद में उन्होंने महसूस किया कि उनमें इस प्राचीन परमाणु रिएक्टर के संचालन को समझने की कुंजी है।

ऐसे परिवर्तनों का कारण क्या है? शायद यह परमाणु प्रतिक्रियाओं का परिणाम है? सावधानीपूर्वक विश्लेषण ने मेरे सहयोगियों और मैंने इस संभावना को खारिज करने की अनुमति दी। हमने विभिन्न समस्थानिकों की भौतिक छँटाई को भी देखा, जो कभी-कभी होता है क्योंकि भारी परमाणु अपने हल्के समकक्षों की तुलना में थोड़ा धीमा चलते हैं। इस संपत्ति का उपयोग रिएक्टर ईंधन के उत्पादन के लिए यूरेनियम संवर्धन संयंत्रों में किया जाता है। लेकिन अगर प्रकृति इस तरह की प्रक्रिया को सूक्ष्म पैमाने पर लागू कर सकती है, तो एल्यूमीनियम फॉस्फेट अनाज में क्सीनन आइसोटोप के मिश्रण की संरचना हमें मिली से अलग होगी। उदाहरण के लिए, क्सीनन-132 की मात्रा के सापेक्ष मापा गया, क्सीनन-136 की सामग्री में कमी (4 से भारी) परमाणु इकाइयाँयदि भौतिक छँटाई काम करती है तो क्सीनन-134 (2 परमाणु द्रव्यमान इकाइयों से भारी) के लिए दोगुना होगा। हालांकि, हमने ऐसा कुछ नहीं देखा है।

क्सीनन के निर्माण की स्थितियों का विश्लेषण करने के बाद, हमने देखा कि इसका कोई भी समस्थानिक यूरेनियम के विखंडन का प्रत्यक्ष परिणाम नहीं था; वे आयोडीन के रेडियोधर्मी समस्थानिकों के क्षय के सभी उत्पाद थे, जो बदले में, परमाणु प्रतिक्रियाओं के ज्ञात अनुक्रम के अनुसार रेडियोधर्मी टेल्यूरियम आदि से बनते थे। इस मामले में, ओक्लो से हमारे नमूने में अलग-अलग क्सीनन समस्थानिक अलग-अलग समय पर दिखाई दिए। एक विशिष्ट रेडियोधर्मी अग्रदूत जितना लंबा रहता है, उससे क्सीनन के निर्माण में उतनी ही देरी होती है। उदाहरण के लिए, क्सीनन-136 का निर्माण आत्मनिर्भर विखंडन की शुरुआत के एक मिनट बाद ही शुरू हुआ। एक घंटे बाद, अगला हल्का स्थिर आइसोटोप, क्सीनन-134, प्रकट होता है। फिर, कुछ दिनों बाद, क्सीनन-132 और क्सीनन-131 दृश्य पर दिखाई देते हैं। अंत में, लाखों वर्षों के बाद, और परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की समाप्ति की तुलना में बहुत बाद में, क्सीनन-129 बनता है।

यदि ओक्लो में यूरेनियम जमा एक बंद प्रणाली बनी हुई थी, तो इसके प्राकृतिक रिएक्टरों के संचालन के दौरान संचित क्सीनन एक सामान्य समस्थानिक संरचना को बनाए रखेगा। लेकिन सिस्टम को बंद नहीं किया गया था, जैसा कि इस तथ्य से स्पष्ट है कि ओक्लो रिएक्टरों ने किसी तरह खुद को विनियमित किया। सबसे संभावित तंत्र में इस प्रक्रिया में भूजल की भागीदारी शामिल है, जो तापमान के एक निश्चित महत्वपूर्ण स्तर तक पहुंचने के बाद उबल जाता है। जब न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में काम करने वाला पानी वाष्पित हो गया, तो परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रियाएं अस्थायी रूप से बंद हो गईं, और सब कुछ ठंडा हो जाने के बाद और पर्याप्त मात्रा में भूजल फिर से प्रतिक्रिया क्षेत्र में प्रवेश कर गया, विखंडन फिर से शुरू हो सकता है।

यह तस्वीर दो का खुलासा करती है महत्वपूर्ण क्षण: रिएक्टर रुक-रुक कर काम कर सकते हैं (चालू और बंद); इसके माध्यम से चट्टानबड़ी मात्रा में पानी को पार करना पड़ा, जो कुछ क्सीनन अग्रदूतों, जैसे टेल्यूरियम और आयोडीन को बाहर निकालने के लिए पर्याप्त था। पानी की उपस्थिति यह समझाने में भी मदद करती है कि क्यों ज्यादातरक्सीनन अब यूरेनियम युक्त चट्टानों के बजाय एल्यूमीनियम फॉस्फेट अनाज में पाया जाता है। एल्युमीनियम फॉस्फेट के दाने संभवतः परमाणु रिएक्टर द्वारा गर्म किए गए पानी की क्रिया द्वारा लगभग 300 ° C तक ठंडा होने के बाद बनाए गए थे।

ओक्लो रिएक्टर की प्रत्येक सक्रिय अवधि के दौरान, और उसके बाद कुछ समय के लिए, जबकि तापमान उच्च बना रहा, रिएक्टर से अधिकांश क्सीनन (क्सीनन-136 और -134, जो अपेक्षाकृत जल्दी उत्पन्न होते हैं) को हटा दिया गया था। जैसे ही रिएक्टर ठंडा हो गया, लंबे समय तक जीवित रहने वाले क्सीनन अग्रदूत (जो बाद में क्सीनन-132, -131 और -129 को जन्म देंगे, जो हमें अधिक संख्या में मिले) बढ़ते एल्यूमीनियम फॉस्फेट अनाज में शामिल हो गए। फिर, जैसे ही अधिक पानी प्रतिक्रिया क्षेत्र में लौट आया, न्यूट्रॉन सही डिग्री तक धीमा हो गया और विखंडन प्रतिक्रिया फिर से शुरू हो गई, जिससे हीटिंग और कूलिंग के चक्र को दोहराने के लिए मजबूर होना पड़ा। परिणाम क्सीनन समस्थानिकों का एक विशिष्ट वितरण था।

यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है कि ग्रह के लगभग आधे जीवन के लिए इस क्सीनन को एल्यूमीनियम फॉस्फेट खनिजों में किन बलों ने रखा है। विशेष रूप से, रिएक्टर ऑपरेशन के दिए गए चक्र में दिखाई देने वाले क्सीनन को अगले चक्र के दौरान निष्कासित क्यों नहीं किया गया? संभवतः, एल्यूमीनियम फॉस्फेट की संरचना उच्च तापमान पर भी इसके अंदर बने क्सीनन को बनाए रखने में सक्षम थी।

ओक्लो में क्सीनन की असामान्य समस्थानिक संरचना को समझाने के प्रयासों के लिए अन्य तत्वों पर भी विचार करने की आवश्यकता है। विशेष ध्यानआकर्षित आयोडीन, जिससे रेडियोधर्मी क्षय के दौरान क्सीनन बनता है। विखंडन उत्पादों के निर्माण की प्रक्रिया और उनके रेडियोधर्मी क्षय की मॉडलिंग से पता चला कि क्सीनन की विशिष्ट समस्थानिक संरचना रिएक्टर की चक्रीय क्रिया का परिणाम है। यह चक्र ऊपर के तीन आरेखों में दर्शाया गया है।

प्रकृति कार्य अनुसूची

एल्युमिनियम फॉस्फेट अनाज में क्सीनन की उत्पत्ति के सिद्धांत के विकसित होने के बाद, हमने इस प्रक्रिया को गणितीय मॉडल में लागू करने का प्रयास किया। हमारी गणना ने रिएक्टर के संचालन में बहुत कुछ स्पष्ट किया है, और क्सीनन समस्थानिकों पर प्राप्त आंकड़ों से अपेक्षित परिणाम प्राप्त हुए हैं। ओक्लो में रिएक्टर 30 मिनट के लिए "चालू" था और "बंद" था कम से कम 2.5 घंटे के लिए। कुछ गीजर इसी तरह से कार्य करते हैं: वे धीरे-धीरे गर्म होते हैं, उबालते हैं, भूजल के एक हिस्से को बाहर निकालते हैं, इस चक्र को दिन-ब-दिन दोहराते हैं, साल-दर-साल। इस प्रकार, ओक्लो जमा से गुजरने वाला भूजल न केवल न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में कार्य कर सकता है, बल्कि रिएक्टर के संचालन को "विनियमित" भी कर सकता है। यह एक अत्यंत कुशल तंत्र था जिसने संरचना को सैकड़ों हजारों वर्षों तक पिघलने या विस्फोट से बचाए रखा।

परमाणु इंजीनियरों को ओक्लो से बहुत कुछ सीखना है। उदाहरण के लिए, परमाणु कचरे से कैसे निपटें। ओक्लो एक दीर्घकालिक भूवैज्ञानिक भंडार का एक उदाहरण है। इसलिए, वैज्ञानिक प्राकृतिक रिएक्टरों से विखंडन उत्पादों के समय के साथ प्रवास की प्रक्रियाओं का विस्तार से अध्ययन करते हैं। उन्होंने ओक्लो से लगभग 35 किमी दूर बांगोम्बे स्थल पर उसी प्राचीन विखंडन क्षेत्र का भी ध्यानपूर्वक अध्ययन किया। बांगोम्बे रिएक्टर विशेष रुचि का है क्योंकि यह ओक्लो और ओकेलोबोंडो की तुलना में उथला है और हाल ही में, अधिक पानी इसके माध्यम से पारित हो गया है। ऐसी अद्भुत वस्तुएं इस परिकल्पना का समर्थन करती हैं कि भूमिगत भंडारण सुविधाओं में कई प्रकार के खतरनाक परमाणु कचरे को सफलतापूर्वक अलग किया जा सकता है।

ओक्लो का उदाहरण यह भी दर्शाता है कि कुछ सबसे खतरनाक प्रकार के परमाणु कचरे को कैसे संग्रहीत किया जाता है। औद्योगिक उपयोग की शुरुआत से परमाणु ऊर्जाबड़ी मात्रा में परिणामी परमाणु प्रतिष्ठानरेडियोधर्मी अक्रिय गैसें (क्सीनन-135, क्रिप्टन-85, आदि)। प्राकृतिक रिएक्टरों में, इन अपशिष्ट उत्पादों को एल्यूमीनियम फॉस्फेट युक्त खनिजों द्वारा अरबों वर्षों तक कब्जा कर लिया जाता है।

प्राचीन ओक्लो-प्रकार के रिएक्टरों का भी मौलिक की समझ पर प्रभाव पड़ सकता है भौतिक मात्रा, उदाहरण के लिए, एक भौतिक स्थिरांक, अक्षर α (अल्फा) द्वारा निरूपित, प्रकाश की गति के रूप में ऐसी सार्वभौमिक मात्राओं से जुड़ा हुआ है (देखें "गैर-स्थिर स्थिरांक", "विज्ञान की दुनिया में", संख्या 9, 2005) . दौरान तीन दशकओक्लो घटना (2 अरब वर्ष पुरानी) को α में परिवर्तन के खिलाफ तर्क के रूप में इस्तेमाल किया गया था। लेकिन पिछले साल, लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी के स्टीवन के। लैमोरॉक्स और जस्टिन आर। टॉर्गरसन ने पाया कि यह "स्थिर" काफी भिन्न था।

क्या गैबॉन के ये प्राचीन रिएक्टर ही पृथ्वी पर बने हैं? दो अरब साल पहले, आत्मनिर्भर विखंडन के लिए आवश्यक शर्तें बहुत दुर्लभ नहीं थीं, इसलिए शायद एक दिन अन्य प्राकृतिक रिएक्टरों की खोज की जाएगी। और नमूनों से क्सीनन के विश्लेषण के परिणाम इस खोज में बहुत मददगार हो सकते हैं।

"ओक्लो घटना ई। फर्मी के बयान को ध्यान में लाती है, जिन्होंने पहले परमाणु रिएक्टर का निर्माण किया था, और पी.एल. कपित्सा, जिन्होंने स्वतंत्र रूप से तर्क दिया कि केवल एक व्यक्ति ही ऐसा कुछ बनाने में सक्षम है। हालांकि, प्राचीन प्राकृतिक रिएक्टर इस दृष्टिकोण का खंडन करता है, ए आइंस्टीन के विचार की पुष्टि करता है कि भगवान अधिक परिष्कृत हैं…”
एस.पी. कपित्सा

लेखक के बारे में:
एलेक्स मेशिको(एलेक्स पी। मेशिक) ने स्नातक किया भौतिकी के संकायलेनिनग्राद्स्की स्टेट यूनिवर्सिटी. 1988 में उन्होंने बचाव किया पीएचडी शोधलेखभू-रसायन संस्थान में और विश्लेषणात्मक रसायनशास्त्रउन्हें। में और। वर्नाडस्की। उनका शोध प्रबंध क्सीनन और क्रिप्टन के महान गैसों के भू-रसायन, भू-कालक्रम और परमाणु रसायन विज्ञान पर था। 1996 में मेशिक ने प्रयोगशाला में काम करना शुरू किया अंतरिक्ष अनुसंधानसेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय में, जहां वे वर्तमान में उत्कृष्ट गैसों का अध्ययन कर रहे हैं सौर पवनउत्पत्ति अंतरिक्ष यान द्वारा एकत्र और पृथ्वी पर पहुँचाया गया।

साइट से लिया गया लेख