Tambang untuk ekstraksi bijih uranium di Gabon dekat kota Oklo

Tepat 40 tahun yang lalu, yang pertama konferensi Internasional didedikasikan untuk hasil studi reaktor nuklir alami yang unik di barat daya Afrika Khatulistiwa. Fenomena geologis ini ditemukan di Gabon, tidak jauh dari kota pertambangan Oklo, pada 2 Juni 1972, tepat di tubuh deposit uranium.

Seumur hidup 500,000 tahun

Suatu saat saat ujian tambang uranium di Gabon, sebuah ekspedisi ahli geologi Prancis tercengang mengetahui bahwa sekitar dua miliar tahun yang lalu sebuah reaktor nuklir alami yang nyata bekerja di sini. Jadi seluruh dunia menjadi sadar akan keajaiban geologi, tersembunyi di tambang Oklo tua.

Bagaimana kondisi alami terjadinya reaksi berantai nuklir? Setelah semuanya dimulai dengan fakta bahwa di delta sungai di atas lapisan padat batuan basal, lapisan batu pasir yang kaya akan bijih uranium diendapkan. Sebagai hasil dari serangkaian gempa bumi yang tak ada habisnya, fondasi basal jatuh jauh ke dalam bumi. Di sana, pada kedalaman satu kilometer, batu pasir yang mengandung uranium retak, dan air tanah mulai mengalir ke celah-celah itu. Ratusan juta tahun berlalu, dan lapisan pasir kembali muncul ke permukaan.

Insinyur nuklir menjelaskan kepada ahli geologi bahwa air adalah pengatur alami dari reaksi berantai. Ketika memasuki reaktor, ia segera mendidih dan menguap, akibatnya "api atom" padam untuk sementara waktu.

Butuh sekitar 2,5 jam untuk mendinginkan reaktor dan mengumpulkan air, dan durasinya masa aktif adalah sekitar setengah jam. Ketika batu mendingin, air merembes lagi dan memulai reaksi nuklir. Jadi, menyala, lalu memudar, reaktor, yang kekuatannya 200 kali lebih kecil dari pembangkit listrik tenaga nuklir pertama di Obninsk, bekerja selama sekitar setengah juta tahun.

"Chicago woodpile", reaktor nuklir pertama di dunia, diluncurkan pada tahun 1942

Meskipun periode studi yang solid tentang fenomena geologi Afrika, masih ada beberapa masalah yang belum terselesaikan. Dan hal utama: bagaimana, selama setengah juta tahun, reaktor alami bertahan dari gempa bumi dan naik turunnya kerak bumi? Lagi pula, jelas bahwa setiap gerakan lapisan bumi akan segera mengubah "volume zona kerja". Dalam hal ini, reaksi nuklir akan segera berhenti, atau akan ada ledakan nuklir, yang benar-benar menghancurkan fenomena geologis ...

Sementara itu dan di saat ini Oklo adalah deposit uranium aktif. Badan bijih yang terletak di dekat permukaan ditambang dengan metode quarry, dan yang berada di kedalaman ditambang dengan cara kerja tambang.

"Tumpukan Kayu Chicago"

Pada tanggal 2 Desember 1942, sebuah tim fisikawan dari Universitas Chicago dipimpin oleh pemenang Penghargaan Nobel Enrico Fermi meluncurkan reaktor nuklir pertama di dunia, yang disebut "Chicago Woodpile". 15 tahun kemudian, gagasan pertama tentang kemungkinan keberadaan muncul reaktor nuklir diciptakan oleh alam itu sendiri. Salah satu yang pertama mengembangkan hipotesis reaktor alam adalah fisikawan Jepang Paul Kuroda. Untuk waktu yang lama ia tidak berhasil mencari tanda-tanda reaksi nuklir alami di deposit tambang uranium.

Ketika reaktor Oklo dibuka, ada berbagai hipotesis tentang penyebab fenomena aneh ini. Beberapa berpendapat bahwa deposit itu terkontaminasi dengan bahan bakar bekas dari pesawat ruang angkasa asing, yang lain menganggapnya sebagai tempat pemakaman limbah nuklir, yang kami warisi dari peradaban kuno yang sangat maju.

Selain detail menakjubkan dari fungsi reaktor nuklir alami, akan sangat menarik untuk mengetahui nasib "limbah radioaktif"-nya. Ahli radiokimia memperkirakan bahwa reaktor Oklo menghasilkan sekitar 6 ton produk fisi dan 2,5 ton plutonium. Pada saat yang sama, bagian utama dari limbah radioaktif tertutup dalam struktur kristal mineral uranit, di badan bijih tambang Oklo.

Reaktor alami dengan jelas menunjukkan bagaimana membangun gudang nuklir yang tidak berbahaya bagi lingkungan. Namun, hal utama dalam pengaruh radiasi alami pada flora dan fauna di planet kita adalah segala macam mutasi.

Dari monyet menjadi manusia

Reaktor alami di Oklo mulai beroperasi pada saat organisme multiseluler pertama muncul di Bumi, yang segera mulai mengembangkan reservoir hangat dan zona pesisir lautan. doktrin evolusi berdasarkan teori dasar Darwin yang agung, melibatkan transisi yang mulus dari tumbuhan dan hewan laut ke hewan darat. Namun, beberapa temuan paleontologi tidak cocok dengan pandangan tradisional, membenarkan hipotesis evolusi "lompatan" dan "lompatan". Beberapa ahli paleontologi dengan keras kepala bersikeras bahwa di berbagai periode sejarah Seolah entah dari mana, spesies organisme hidup yang benar-benar baru tiba-tiba muncul.

Sebagai penilaian alternatif dari peristiwa waktu yang jauh itu, orang juga dapat menyebutkan pendapat selanjutnya terkait dengan konsekuensi pengoperasian reaktor alami. Diasumsikan bahwa reaktor nuklir alami dapat menyebabkan banyak mutasi organisme hidup, yang sebagian besar mati karena tidak dapat hidup. Beberapa ahli paleontologi percaya bahwa radiasi tinggi yang menyebabkan mutasi tak terduga pada hewan Afrika yang berkeliaran di dekatnya. kera besar dan mendorong evolusi mereka menuju manusia modern.

Titik Mati dan Mutan Radiasi

Sangat mungkin bahwa dalam waktu yang jauh itu, fokus alami dari reaksi berantai cukup sering terjadi, jadi kadang-kadang tidak hanya reaktor alami yang dihidupkan, tetapi ledakan atom juga terjadi. Tentu saja, seperti paparan radiasi entah bagaimana harus tercermin dalam biosfer yang muncul di planet kita. Radiasi tinggi merugikan kehidupan apa pun, tetapi dalam kasus reaktor alami, situasinya jauh lebih rumit. Memang, di dekat, dan terlebih lagi di atas reaktor, titik mati seharusnya terbentuk (ingat zona "geopatogenik" misterius), di mana flora dan fauna akan dihancurkan. radiasi pengion zona reaktor. Tapi di sekitar tepinya zona bahaya tingkat radiasi dapat membalikkan keadaan - radiasi di sini tidak akan membunuh, tetapi akan menyebabkan serangkaian mutasi gen.

Bijih uranium ditambang dari tambang Oklo

Di antara mutan radiasi mungkin ada makhluk yang sangat tidak biasa yang membuat banyak variasi dalam alam sekitar dan mempercepat perkembangan evolusioner. Ternyata keragaman kehidupan yang belum pernah terjadi sebelumnya seharusnya diamati tidak jauh dari sumber radiasi alami.

Selain itu, fluks radiasi dari reaktor alami dan ledakan dapat menjelaskan bagaimana kehidupan di Bumi dimulai. Ahli biologi evolusioner, ahli biofisika, dan ahli biokimia telah lama dengan hati-hati menyarankan bahwa beberapa impuls energi yang cukup kuat diperlukan untuk memulai proses kehidupan di sel pertama. Aliran energi eksternal ini dapat memutuskan ikatan kimia unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, hidrogen, dan oksigen. Kemudian elemen-elemen ini dapat bereaksi satu sama lain dan membentuk kompleks pertama molekul organik. Sebelumnya, diyakini bahwa dorongan seperti itu dapat memberikan dorongan energi elektromagnetik, katakanlah, dalam bentuk pelepasan petir yang kuat. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, semakin sering ada gagasan bahwa petir yang kuat dapat menangani pengorganisasian impuls energi semacam itu dengan lebih baik. mata air alami radiasi.

Fenomena Asam

Baru-baru ini, penjelajah Curiosity membuat penemuan tak terduga. Semuanya dimulai dengan fakta bahwa dalam penelitian rutin, penjelajah Mars menemukan jejak ... abu nuklir di permukaan Planet Merah.

Ini fakta misterius segera memunculkan hipotesis bahwa beberapa ratus juta tahun yang lalu, skala besar bencana nuklir. Dalam beberapa cara, sebuah reaktor alami meledak, memenuhi hamparan luas planet ini dengan debu dan puing radioaktif. Pada saat yang sama, argumen utamanya adalah fakta bahwa "skenario nuklir" seperti itu sedang diterapkan di Bumi, di Oklo.

Mungkin sekitar satu miliar tahun yang lalu, sebuah reaktor nuklir raksasa terbentuk dan beroperasi di bagian utara Laut Asam Mars. Mungkin, reaktor Mars tidak memiliki pengatur yang cukup efektif dan sekali meledak, melepaskan sejumlah besar zat radioaktif.

Kemungkinan besar, "fenomena Atsidalian" terletak pada kedalaman yang cukup dalam, setidaknya satu kilometer, di mana terdapat sejumlah besar bijih uranium, thorium, dan potasium pekat. Tampaknya, mars kuno secara tektonik adalah planet yang cukup tenang dengan pergerakan yang sangat sedikit lempeng litosfer. Oleh karena itu, tubuh bijih radioaktif diam untuk waktu yang sangat lama dan reaksi nuklir.

Penjelajah Curiosity menemukan jejak abu nuklir di Mars

Perhitungan menunjukkan bahwa ledakan atom Mars sebanding dengan jatuhnya asteroid 30 kilometer ke permukaan planet. Namun, tidak seperti tumbukan asteroid, sumber ledakannya lebih dekat ke permukaan, dan depresi yang terbentuk olehnya jauh lebih kecil daripada kawah tumbukan.

Wilayah dengan peningkatan konsentrasi thorium terjadi di barat laut Laut Acidalian di cekungan yang luas dan dangkal. Isi jejak thorium dan isotop radioaktif potasium menunjukkan bahwa bencana nuklir terjadi beberapa ratus juta tahun yang lalu, di tengah atau akhir era Amazon. Bencana ini juga ditunjukkan dengan adanya isotop argon-40 dan xenon-129 di atmosfer planet yang dihasilkan dari reaksi nuklir.

Banyak ilmuwan planet mengungkapkan keraguan besar pada kenyataannya mars bencana nuklir. Dengan demikian, mereka mencatat bahwa arus kondisi geologi baik di Mars maupun di Bumi belum mengalami perubahan drastis untuk seribu tahun. Menurut ahli geofisika dan geokimia, fitur permukaan Mars yang ditemukan selama misi NASA dapat dikaitkan dengan proses geologi paling umum yang tidak memiliki basis nuklir.

Fenomena Oklo mengingatkan pada pernyataan E. Fermi, yang membangun reaktor nuklir pertama, dan P.L. Kapitsa, yang secara independen berpendapat bahwa hanya seseorang yang mampu menciptakan sesuatu seperti ini. Namun, reaktor alam kuno membantah sudut pandang ini, membenarkan gagasan A. Einstein bahwa Tuhan lebih canggih...

S.P. kapitsa

Pada tahun 1945, fisikawan Jepang P.K. Kuroda, terkejut dengan apa yang dilihatnya di Hiroshima, untuk pertama kalinya menyarankan kemungkinan proses spontan fisi nuklir di alam. Pada tahun 1956, dalam jurnal Nature, ia menerbitkan sebuah catatan kecil, hanya sebuah halaman. Ini secara singkat menguraikan teori reaktor nuklir alami.

Untuk memulai fisi inti berat, tiga kondisi diperlukan untuk reaksi berantai di masa depan:

• 1) bahan bakar - 23e dan;
• 2) moderator neutron - air, oksida silikon dan logam, grafit (bertabrakan dengan molekul zat ini, neutron menyia-nyiakan pasokannya energi kinetik dan dari cepat ke lambat)
• 3) penyerap neutron, di antaranya adalah elemen fragmentasi dan uranium itu sendiri.

Isotop dominan di alam, 238 U, dapat dipecah oleh neutron cepat, tetapi neutron energi sedang(dengan lebih banyak energi daripada yang lambat, dan dengan lebih sedikit dari yang cepat), intinya menangkap dan pada saat yang sama tidak meluruh, tidak membelah.

Dengan setiap pembelahan inti 235 U, yang disebabkan oleh tumbukan dengan neutron lambat, dua atau tiga neutron cepat baru terbentuk. Untuk menyebabkan divisi baru 23e dan, mereka harus menjadi lambat. Beberapa neutron cepat dimoderasi oleh bahan yang sesuai, sementara bagian lain meninggalkan sistem. Neutron yang dimoderasi sebagian diserap oleh elemen tanah jarang, yang selalu ada dalam deposit uranium dan terbentuk selama fisi inti uranium - paksa dan spontan. Misalnya, gadolinium dan samarium adalah salah satu penyerap neutron termal yang paling kuat.

Untuk pelaksanaan aliran yang stabil dari reaksi fisi berantai 235 U, faktor perkalian neutron tidak boleh di bawah 1. Faktor perkalian (Kp) adalah perbandingan neutron yang tersisa dengan jumlah awalnya. Jika = 1, reaksi berantai terus berlangsung di deposit uranium, jika > 1, deposit tersebut akan hancur sendiri, menghilang, atau bahkan meledak. Di Kr

Untuk memenuhi tiga syarat, perlu: pertama, bahwa deposit harus kuno. Saat ini, dalam campuran alami isotop uranium, konsentrasi 23e dan hanya 0,72%. Itu tidak lebih dari 500 juta dan 1 miliar tahun yang lalu. Oleh karena itu, tidak ada deposit yang lebih muda dari 1 Ga yang dapat memulai reaksi berantai, terlepas dari konsentrasi total uranium atau air moderator. Waktu paruhnya adalah 235 dan sekitar 700 juta tahun. Konsentrasi isotop uranium ini dalam benda-benda alam 2 miliar tahun yang lalu adalah 3,7%, 3 miliar tahun yang lalu - 8,4%, 4 miliar tahun yang lalu - 19,2%. Itu miliaran tahun yang lalu bahwa ada cukup bahan bakar untuk reaktor nuklir alami.

Kekunoan deposit adalah kondisi yang diperlukan tetapi tidak cukup untuk pengoperasian reaktor alami. Kondisi lain yang juga perlu adalah keberadaan air di sini dalam jumlah besar. Air, terutama air berat, adalah moderator neutron terbaik. Bukan kebetulan bahwa massa kritis uranium (93,5% 235 G1) dalam larutan berair - kurang dari satu kilogram, dan dalam bentuk padat, dalam bentuk bola dengan reflektor neutron khusus - dari 18 hingga 23 kg. Setidaknya 15-20% air harus berada dalam komposisi bijih uranium kuno, sehingga reaksi berantai fisi uranium dimulai di dalamnya.

Pada bulan Juni 1972, di salah satu laboratorium Komisariat untuk energi Atom Prancis, ketika menyiapkan larutan standar uranium alami yang diisolasi dari bijih deposit uranium Oklo, Gabon (Gbr. 4.4), menemukan penyimpangan komposisi isotop uranium dari biasanya: 235 dan ternyata menjadi 0,7171% sebagai gantinya sebesar 0,7202%. Selama enam minggu berikutnya, 350 sampel tambahan segera dianalisis dan terungkap bahwa bijih uranium yang terdeplesi dalam isotop 235G1 dikirim ke Prancis dari deposit Afrika ini. Ternyata dalam satu setengah tahun, 700 ton uranium terdeplesi berasal dari tambang, dan total kekurangan 23:> dan bahan baku yang dipasok ke pembangkit nuklir Prancis berjumlah 200 kg.

Peneliti Prancis (R. Bodiu, M. Nelli, dan lainnya) segera menerbitkan pesan bahwa mereka telah menemukan reaktor nuklir alami. Kemudian, di banyak jurnal, hasil studi komprehensif tentang deposit Oklo yang tidak biasa disajikan.

Sekitar 2 miliar 600 juta tahun yang lalu ( era purba) di wilayah Gabon saat ini dan negara-negara tetangganya di Afrika, sebuah lempengan granit besar terbentuk sepanjang puluhan kilometer. Tanggal ini ditentukan menggunakan jam radioaktif - dengan akumulasi argon dari kalium, strontium - dari rubidium, timbal - dari uranium.

Selama 500 juta tahun berikutnya, blok ini hancur, berubah menjadi pasir dan tanah liat. Mereka hanyut oleh sungai dan dalam bentuk presipitasi jenuh bahan organik, menetap berlapis-lapis di delta sungai besar kuno. Selama puluhan juta tahun, ketebalan sedimen telah meningkat sedemikian rupa sehingga lapisan bawah berada pada kedalaman beberapa kilometer. meresap melalui mereka Air tanah, di mana garam dilarutkan, termasuk beberapa garam uranil (UOy + ion). Pada lapisan yang jenuh dengan bahan organik, ada kondisi untuk mereduksi uranium heksavalen menjadi tetravalen, yang diendapkan. Secara bertahap, ribuan ton uranium diendapkan dalam bentuk "lensa" bijih berukuran puluhan meter. Kandungan uranium dalam bijih mencapai 30, 40, 50% dan terus bertambah.

Pada titik tertentu, semua kondisi yang diperlukan untuk memulai reaksi berantai, yang dijelaskan di atas, terbentuk, dan reaktor alami mulai bekerja. Konsentrasi isotop 235 pada saat itu adalah 4,1%. Fluks neutron meningkat ratusan juta kali. Hal ini menyebabkan tidak hanya pembakaran 23o, tetapi deposit Oklo ternyata merupakan kumpulan dari banyak anomali isotop. Sebagai hasil karya alam

Beras. 4.4.

reaktor menghasilkan sekitar 6 ton produk fisi dan 2,5 ton plutonium. Sebagian besar limbah radioaktif "terkubur" di dalam struktur kristal mineral uranit yang ditemukan di tubuh bijih Oklo.

Ternyata reaktor alami bekerja selama sekitar 500 ribu tahun. Berdasarkan pembakaran isotop, energi yang dihasilkan oleh reaktor alami juga dihitung - 13.000.000 kW, rata-rata hanya 25 kW / jam: 200 kali lebih kecil dari pembangkit listrik tenaga nuklir pertama di dunia, yang menyediakan listrik pada tahun 1954 kota dekat Moskow Obninsk. Energi ini, bagaimanapun, cukup untuk suhu deposit Oklo mencapai 400-600 °C. Ledakan nuklir tidak ada di deposito. Ini mungkin karena reaktor alami Oklo mengatur dirinya sendiri. Ketika Kp neutron mendekati kesatuan, suhu meningkat, dan air, moderator neutron, meninggalkan zona reaksi. Reaktor berhenti, mendingin, dan air memenuhi bijih lagi - reaksi berantai dilanjutkan lagi. Waktu operasi periodik reaktor sebelum shutdown adalah sekitar 30 menit, waktu pendinginan reaktor adalah 2,5 jam.

Saat ini, pembentukan reaktor nuklir alami di Bumi tidak mungkin, tetapi pencarian sedang dilakukan untuk sisa-sisa reaktor nuklir alami lainnya.

Salah satu hipotesis tentang asal usul alien manusia mengatakan bahwa di jaman dulu Tata surya dikunjungi oleh ekspedisi ras dari wilayah tengah galaksi, di mana bintang-bintang dan planet-planet jauh lebih tua, dan karena itu kehidupan berasal dari sana jauh lebih awal.

Pertama, penjelajah ruang angkasa menetap di Phaethon, yang pernah terletak di antara Mars dan Jupiter, tetapi dilepaskan di sana perang nuklir dan planet itu mati. Sisa-sisa peradaban ini menetap di Mars, tetapi bahkan di sana energi atom membunuh sebagian besar penduduk. Kemudian kolonis yang tersisa tiba di Bumi, menjadi nenek moyang kita yang jauh.

Teori ini dapat dikonfirmasi oleh penemuan luar biasa yang dibuat 45 tahun yang lalu di Afrika. Pada tahun 1972, sebuah perusahaan Prancis menambang di tambang Oklo di Republik Gabon bijih uranium. Kemudian selama analisis standar sampel bijih, para ahli menemukan kekurangan uranium-235 yang relatif besar - lebih dari 200 kilogram isotop ini hilang. Orang Prancis segera membunyikan alarm, karena yang hilang zat radioaktif akan cukup untuk membuat lebih dari satu bom atom.

Namun, penyelidikan lebih lanjut menunjukkan bahwa konsentrasi uranium-235 di tambang Gabon sama rendahnya dengan bahan bakar bekas dari reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir. Apakah ini semacam reaktor nuklir? Analisis badan bijih dalam deposit uranium yang tidak biasa menunjukkan bahwa fisi nuklir terjadi di dalamnya sejak 1,8 miliar tahun yang lalu. Tapi bagaimana ini mungkin tanpa campur tangan manusia?

Reaktor nuklir alami?

Tiga tahun kemudian, di ibu kota Gabon, Libreville, Konferensi Ilmiah didedikasikan untuk fenomena Oklo. Ilmuwan paling berani kemudian menganggap bahwa reaktor nuklir misterius itu adalah hasil dari ras kuno, yang tunduk pada energi nuklir. Namun, sebagian besar dari mereka yang hadir setuju bahwa tambang itu adalah satu-satunya "reaktor nuklir alami" di planet ini. Seperti, itu dimulai jutaan tahun dengan sendirinya karena kondisi alam.

Rakyat ilmu resmi diasumsikan bahwa lapisan batupasir yang kaya akan bijih radioaktif diendapkan pada lapisan basal padat di delta sungai. Karena aktivitas tektonik di wilayah ini, ruang bawah tanah basal dengan batu pasir yang mengandung uranium tenggelam beberapa kilometer ke dalam tanah. Batu pasir itu diduga retak, dan air tanah. Bahan bakar nuklir terletak di tambang dalam endapan padat di dalam moderator, yang berfungsi sebagai air. Dalam "lensa" bijih tanah liat, konsentrasi uranium meningkat dari 0,5 persen menjadi 40 persen. Ketebalan dan massa lapisan dalam momen tertentu mencapai titik kritis, reaksi berantai terjadi, dan "reaktor alami" mulai bekerja.

Air, sebagai pengatur alami, memasuki inti dan diluncurkan reaksi berantai pembelahan inti uranium. Emisi energi menyebabkan penguapan air, dan reaksi berhenti. Namun, beberapa jam kemudian, ketika inti reaktor yang dibuat oleh alam mendingin, siklus itu berulang. Selanjutnya, mungkin, ada yang baru bencana alam, yang menaikkan "instalasi" ini ke level aslinya, atau uranium-235 terbakar habis. Dan pengoperasian reaktor dihentikan.

Para ilmuwan telah menghitung bahwa meskipun energi dihasilkan di bawah tanah, kekuatannya kecil - tidak lebih dari 100 kilowatt, yang akan cukup untuk mengoperasikan beberapa lusin pemanggang roti. Namun, fakta bahwa pembangkitan energi atom terjadi secara spontan di alam sangat mengesankan.

Atau apakah itu gudang nuklir?

Namun, banyak ahli tidak percaya pada kebetulan yang fantastis seperti itu. Para penemu energi atom sudah lama membuktikan bahwa reaksi nuklir hanya dapat diperoleh secara artifisial. Lingkungan alam terlalu tidak stabil dan kacau untuk mendukung proses seperti itu selama jutaan dan jutaan tahun.

Oleh karena itu, banyak ahli percaya bahwa kita sedang berbicara bukan tentang reaktor nuklir di Oklo, tapi tentang gudang nuklir. Tempat ini benar-benar lebih mirip tempat pembuangan bahan bakar uranium bekas, dan tempat pembuangan itu dilengkapi dengan sempurna. Dibenamkan dalam "sarkofagus" basal, uranium disimpan di bawah tanah selama ratusan juta tahun, dan hanya campur tangan manusia yang menyebabkannya muncul di permukaan.

Tapi karena ada kuburan, berarti ada juga reaktor yang menghasilkan energi nuklir! Artinya, seseorang yang menghuni planet kita 1,8 miliar tahun yang lalu sudah memiliki teknologi energi nuklir. Kemana perginya semua ini?

Menurut sejarawan alternatif, peradaban teknokratis kita sama sekali bukan yang pertama di Bumi. Ada banyak alasan untuk percaya bahwa dulu ada peradaban yang sangat maju yang menggunakan reaksi nuklir untuk menghasilkan energi. Namun, seperti umat manusia saat ini, nenek moyang kita yang jauh mengubah teknologi ini menjadi senjata, dan kemudian membunuh diri mereka sendiri dengannya. Ada kemungkinan bahwa masa depan kita juga telah ditentukan sebelumnya, dan setelah beberapa miliar tahun, keturunan peradaban saat ini akan menemukan tempat pembuangan limbah nuklir yang ditinggalkan oleh kita dan bertanya-tanya: dari mana asalnya? ..

Selama analisis rutin sampel bijih uranium, fakta yang sangat aneh terungkap - persentase uranium-235 di bawah normal. Uranium alami mengandung tiga isotop yang berbeda massa atom. Yang paling umum adalah uranium-238, yang paling langka adalah uranium-234, dan yang paling menarik adalah uranium-235, yang mendukung reaksi berantai nuklir. Di mana-mana dan di kerak bumi, dan di Bulan, dan bahkan di meteorit - atom uranium-235 membentuk 0,720% total uranium. Tapi sampel dari deposit Oklo di Gabon hanya mengandung 0,717% uranium-235. Perbedaan kecil ini cukup untuk mengingatkan para ilmuwan Prancis. Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa sekitar 200 kg bijih hilang - cukup untuk membuat setengah lusin bom nuklir.

Sebuah lubang terbuka uranium di Oklo, Gabon, telah menemukan lebih dari selusin zona tempat reaksi nuklir pernah terjadi.

Para ahli dari Komisi Energi Atom Prancis bingung. Jawabannya adalah artikel 19 tahun di mana George W. Wetherill dari University of California, Los Angeles dan Mark G. Inghram dari University of Chicago menyarankan keberadaan reaktor nuklir alami di masa lalu. Segera, Paul K. Kuroda, seorang ahli kimia di University of Arkansas, mengidentifikasi kondisi "perlu dan cukup" untuk proses fisi mandiri yang terjadi secara spontan dalam tubuh deposit uranium.

Menurut perhitungannya, ukuran setoran harus melebihi panjang rata-rata kisaran neutron yang menyebabkan pemisahan (sekitar 2/3 meter). Kemudian neutron yang dipancarkan oleh satu nukleus fisil akan diserap oleh nukleus lain sebelum mereka meninggalkan urat uranium.

Konsentrasi uranium-235 harus cukup tinggi. Saat ini, bahkan deposit besar tidak dapat menjadi reaktor nuklir, karena mengandung kurang dari 1% uranium-235. Isotop ini meluruh kira-kira enam kali lebih cepat daripada uranium-238, yang menyiratkan bahwa di masa lalu yang jauh, misalnya, 2 miliar tahun yang lalu, jumlah uranium-235 adalah sekitar 3% - kira-kira sebanyak uranium yang diperkaya yang digunakan sebagai bahan bakar di sebagian besar pembangkit listrik tenaga nuklir. Juga diperlukan zat yang mampu memoderasi neutron yang dipancarkan selama fisi inti uranium sehingga lebih efektif menyebabkan fisi inti uranium lainnya. Akhirnya, massa bijih tidak boleh mengandung boron, litium, atau racun nuklir lainnya dalam jumlah yang cukup besar yang secara aktif menyerap neutron dan akan menyebabkan penghentian cepat reaksi nuklir apa pun.

Reaktor fisi alami hanya ditemukan di jantung Afrika, di Gabon, di Oklo dan tambang uranium tetangga di Okelobondo, dan di situs Bangombe, sekitar 35 km jauhnya.

Para peneliti menemukan bahwa kondisi yang diciptakan 2 miliar tahun yang lalu pada 16 bagian terpisah baik di Oklo maupun di tambang uranium tetangga di Okelobondo, sangat mirip dengan apa yang dijelaskan Kuroda (lihat "Reaktor Ilahi", "Di Dunia Ilmu Pengetahuan", No. 1, 2004). Meskipun semua zona ini ditemukan beberapa dekade yang lalu, baru belakangan ini kami akhirnya dapat mengetahui apa yang terjadi di dalam salah satu reaktor kuno ini.

Memeriksa dengan elemen ringan

Segera fisikawan mengkonfirmasi asumsi bahwa penurunan kandungan uranium-235 di Oklo disebabkan oleh reaksi fisi. Bukti tak terbantahkan muncul dalam studi elemen yang timbul dari pemisahan inti berat. Konsentrasi produk dekomposisi ternyata sangat tinggi sehingga kesimpulan seperti itu adalah satu-satunya yang benar. 2 miliar tahun yang lalu, reaksi berantai nuklir terjadi di sini, mirip dengan yang ditunjukkan oleh Enrico Fermi dan rekan-rekannya dengan cemerlang pada tahun 1942.

Fisikawan di seluruh dunia telah mempelajari bukti keberadaan reaktor nuklir alami. Para ilmuwan mempresentasikan hasil kerja mereka tentang "fenomena Oklo" pada konferensi khusus di ibu kota Gabon, Libreville, pada tahun 1975. tahun depan George A. Cowan, yang mewakili Amerika Serikat pada pertemuan tersebut, menulis sebuah artikel untuk Scientific American (lihat "A Natural Fission Reactor", oleh George A. Cowan, Juli 1976).

Cowan merangkum informasi dan menjelaskan konsep tentang apa yang terjadi di tempat yang menakjubkan ini: beberapa neutron yang dipancarkan dari fisi uranium-235 ditangkap oleh inti uranium-238 yang lebih umum, yang berubah menjadi uranium-239, dan setelah itu emisi dua elektron berubah menjadi plutonium-239. Jadi di Oklo lebih dari dua ton isotop ini terbentuk. Kemudian bagian dari plutonium mengalami fisi, sebagaimana dibuktikan dengan adanya produk fisi yang khas, yang membuat para peneliti menyimpulkan bahwa reaksi ini pasti berlanjut selama ratusan ribu tahun. Berdasarkan jumlah uranium-235 yang digunakan, mereka menghitung jumlah energi yang dilepaskan - sekitar 15 ribu MW-tahun. Menurut ini dan bukti lainnya, daya rata-rata reaktor ternyata kurang dari 100 kW, yaitu, cukup untuk mengoperasikan beberapa lusin pemanggang roti.

Bagaimana lebih dari selusin reaktor alami muncul? Apa yang memastikan kekuatan konstan mereka selama beberapa ratus ribu tahun? Mengapa mereka tidak menghancurkan diri sendiri segera setelah reaksi berantai nuklir dimulai? Mekanisme apa yang menyediakan pengaturan diri yang diperlukan? Apakah reaktor dioperasikan terus menerus atau sebentar-sebentar? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini tidak segera muncul. Dan terus pertanyaan terakhir Saya dapat menjelaskan baru-baru ini, ketika rekan-rekan saya dan saya mulai mempelajari sampel bijih Afrika yang misterius di Universitas Washington di St. Louis.

Memisahkan secara detail

Reaksi berantai nuklir dimulai ketika satu neutron bebas mengenai inti atom fisil, seperti uranium-235 (kiri atas). Nukleus terbelah, menghasilkan dua atom yang lebih kecil dan memancarkan neutron lain yang terbang kecepatan tinggi dan harus diperlambat sebelum dapat menyebabkan nuklei lain terbelah. Di deposit di Oklo, seperti di reaktor nuklir modern di air ringan, zat penghambatnya adalah air biasa. Perbedaannya terletak pada sistem regulasinya: on pembangkit listrik tenaga nuklir batang penyerap neutron digunakan, dan reaktor di Oklo dipanaskan sampai air mendidih.

Apa yang disembunyikan oleh gas mulia?

Pekerjaan kami di salah satu reaktor di Oklo dikhususkan untuk analisis xenon, gas inert berat yang dapat tetap terperangkap dalam mineral selama miliaran tahun. Xenon memiliki sembilan isotop stabil yang terjadi di berbagai jumlah tergantung pada sifat proses nuklir. Sebagai gas mulia, ia tidak bereaksi secara kimia dengan unsur lain dan karena itu mudah dimurnikan untuk analisis isotop. Xenon sangat langka, yang memungkinkan untuk menggunakannya untuk mendeteksi dan melacak reaksi nuklir, bahkan jika itu terjadi sebelum kelahiran tata surya.

Atom uranium-235 membentuk sekitar 0,720% uranium alami. Jadi ketika pekerja menemukan bahwa uranium Oklo mengandung lebih dari 0,717%, mereka terkejut.Angka ini memang sangat berbeda dari sampel bijih uranium lainnya (di atas). Rupanya, rasio uranium-235 terhadap uranium-238 jauh lebih tinggi di masa lalu, karena waktu paruh uranium-235 jauh lebih pendek. Dalam kondisi seperti itu, reaksi pembelahan menjadi mungkin. Ketika deposit uranium di Oklo terbentuk 1,8 miliar tahun yang lalu, kelimpahan alami uranium-235 adalah sekitar 3%, sama seperti pada bahan bakar reaktor nuklir. Ketika Bumi terbentuk sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu, rasionya lebih dari 20%, tingkat di mana uranium saat ini dianggap sebagai "tingkat senjata".

Untuk menganalisis komposisi isotop xenon, Anda memerlukan spektrometer massa, perangkat yang dapat mengurutkan atom berdasarkan beratnya. Kami beruntung memiliki akses ke spektrometer massa xenon yang sangat akurat yang dibuat oleh Charles M. Hohenberg. Tapi pertama-tama kami harus mengekstrak xenon dari sampel kami. Biasanya, mineral yang mengandung xenon dipanaskan di atas titik lelehnya, menyebabkan struktur kristal rusak dan tidak lagi dapat menahan gas yang dikandungnya. Tapi kita harus mengumpulkan informasi lebih lanjut, menggunakan metode yang lebih halus - ekstraksi laser, yang memungkinkan Anda mencapai xenon dalam butiran tertentu dan membiarkan area yang berdekatan dengannya tetap utuh.

Kami telah mengerjakan banyak bagian kecil dari satu-satunya sampel batuan yang kami miliki dari Oklo, hanya setebal 1mm dan lebar 4mm. Untuk mengarahkan sinar laser secara akurat, kami menggunakan peta sinar-X terperinci dari objek tersebut, yang dibuat oleh Olga Pradivtseva, yang juga mengidentifikasi mineral yang membentuk objek tersebut. Setelah ekstraksi, kami memurnikan xenon yang dilepaskan dan menganalisisnya dalam spektrometer massa Hohenberg, yang memberi kami jumlah atom dari setiap isotop.

Beberapa kejutan menunggu kita di sini: pertama, tidak ada gas dalam butiran mineral yang kaya uranium. Sebagian besar ditangkap oleh mineral yang mengandung aluminium fosfat - mereka ditemukan memiliki konsentrasi xenon tertinggi yang pernah ditemukan di alam. Kedua, gas yang diekstraksi berbeda secara signifikan dalam komposisi isotop dari yang biasanya terbentuk di reaktor nuklir. Ini praktis tidak memiliki xenon-136 dan xenon-134, sedangkan kandungan isotop yang lebih ringan dari unsur tersebut tetap sama.

Xenon yang diekstraksi dari butiran aluminium fosfat dalam sampel Oklo ternyata memiliki komposisi isotop yang aneh (kiri) yang tidak sesuai dengan yang dihasilkan oleh fisi uranium-235 (tengah) dan tidak menyerupai komposisi isotop xenon atmosfer ( Baik). Khususnya, jumlah xenon-131 dan -132 lebih tinggi dan jumlah -134 dan -136 lebih rendah daripada yang diharapkan dari fisi uranium-235. Meskipun pengamatan ini awalnya membingungkan penulis, ia kemudian menyadari bahwa itu berisi kunci untuk memahami pengoperasian reaktor nuklir kuno ini.

Apa alasan untuk perubahan seperti itu? Mungkin ini hasil dari reaksi nuklir? Analisis yang cermat memungkinkan rekan-rekan saya dan saya untuk mengabaikan kemungkinan ini. Kami juga melihat penyortiran fisik dari berbagai isotop, yang terkadang terjadi karena atom yang lebih berat bergerak sedikit lebih lambat daripada rekan-rekan mereka yang lebih ringan. Properti ini digunakan di pabrik pengayaan uranium untuk menghasilkan bahan bakar reaktor. Tetapi bahkan jika alam dapat menerapkan proses seperti itu pada skala mikroskopis, komposisi campuran isotop xenon dalam butiran aluminium fosfat akan berbeda dari yang kami temukan. Misalnya, diukur relatif terhadap jumlah xenon-132, penurunan kandungan xenon-136 (lebih berat 4 satuan atom massa) akan menjadi dua kali lipat dari xenon-134 (lebih berat dengan 2 unit massa atom) jika penyortiran fisik berhasil. Namun, kami belum melihat yang seperti itu.

Setelah menganalisis kondisi untuk pembentukan xenon, kami melihat bahwa tidak ada isotopnya yang merupakan akibat langsung dari fisi uranium; mereka semua adalah produk peluruhan isotop radioaktif yodium, yang, pada gilirannya, dibentuk dari telurium radioaktif, dll., sesuai dengan urutan reaksi nuklir yang diketahui. Dalam hal ini, isotop xenon yang berbeda dalam sampel kami dari Oklo muncul pada waktu yang berbeda. Semakin lama prekursor radioaktif tertentu hidup, semakin tertunda pembentukan xenon darinya. Misalnya, pembentukan xenon-136 dimulai hanya satu menit setelah dimulainya pembelahan mandiri. Satu jam kemudian, isotop stabil yang lebih ringan berikutnya, xenon-134, muncul. Kemudian, beberapa hari kemudian, xenon-132 dan xenon-131 muncul di layar. Akhirnya, setelah jutaan tahun, dan jauh lebih lambat dari penghentian reaksi berantai nuklir, xenon-129 terbentuk.

Jika deposit uranium di Oklo tetap menjadi sistem tertutup, xenon yang terakumulasi selama pengoperasian reaktor alaminya akan mempertahankan komposisi isotop normal. Tetapi sistemnya tidak tertutup, sebagaimana dibuktikan oleh fakta bahwa reaktor Oklo entah bagaimana mengatur dirinya sendiri. Mekanisme yang paling mungkin melibatkan partisipasi air tanah dalam proses ini, yang mendidih setelah suhu mencapai tingkat kritis tertentu. Ketika air yang bertindak sebagai moderator neutron menguap, reaksi berantai nuklir untuk sementara berhenti, dan setelah semuanya mendingin dan sejumlah air tanah yang cukup menembus kembali ke zona reaksi, fisi dapat dilanjutkan.

Gambar ini mengungkapkan dua momen penting: reaktor bisa bekerja sebentar-sebentar (hidup dan mati); melalui ini batu sejumlah besar air harus dilewatkan, cukup untuk mengeluarkan beberapa prekursor xenon, yaitu telurium dan yodium. Kehadiran air juga membantu menjelaskan mengapa kebanyakan xenon sekarang ditemukan dalam butiran aluminium fosfat daripada di batuan yang kaya uranium. Butiran aluminium fosfat mungkin terbentuk oleh aksi air yang dipanaskan oleh reaktor nuklir setelah didinginkan hingga sekitar 300 °C.

Selama setiap periode aktif reaktor Oklo, dan untuk beberapa waktu setelahnya, sementara suhu tetap tinggi, sebagian besar xenon (termasuk xenon-136 dan -134, yang dihasilkan relatif cepat) dikeluarkan dari reaktor. Saat reaktor mendingin, prekursor xenon yang berumur lebih panjang (yang nantinya akan memunculkan xenon-132, -131 dan -129, yang kami temukan dalam jumlah yang lebih besar) menjadi tergabung ke dalam butiran aluminium fosfat yang sedang tumbuh. Kemudian, ketika lebih banyak air kembali ke zona reaksi, neutron melambat ke tingkat yang tepat dan reaksi fisi dimulai lagi, memaksa siklus pemanasan dan pendinginan berulang. Hasilnya adalah distribusi spesifik isotop xenon.

Tidak sepenuhnya jelas kekuatan apa yang menahan xenon ini dalam mineral aluminium fosfat selama hampir separuh umur planet ini. Secara khusus, mengapa xenon yang muncul dalam siklus operasi reaktor tertentu tidak dikeluarkan selama siklus berikutnya? Diduga, struktur aluminium fosfat mampu mempertahankan xenon yang terbentuk di dalamnya, bahkan pada suhu tinggi.

Upaya untuk menjelaskan komposisi isotop xenon yang tidak biasa di Oklo memerlukan pertimbangan elemen lain juga. Perhatian khusus menarik yodium, dari mana xenon terbentuk selama peluruhan radioaktif. Pemodelan proses pembentukan produk fisi dan peluruhan radioaktifnya menunjukkan bahwa komposisi isotop spesifik xenon merupakan konsekuensi dari aksi siklik reaktor.Siklus ini digambarkan dalam tiga diagram di atas.

jadwal kerja alam

Setelah teori asal usul xenon dalam butiran aluminium fosfat dikembangkan, kami mencoba menerapkan proses ini dalam model matematika. Perhitungan kami telah menjelaskan banyak hal dalam pengoperasian reaktor, dan data yang diperoleh tentang isotop xenon menghasilkan hasil yang diharapkan. Reaktor di Oklo "dinyalakan" selama 30 menit dan "dimatikan" untuk paling sedikit selama 2,5 jam. Beberapa geyser berfungsi dengan cara yang sama: perlahan-lahan memanas, mendidih, membuang sebagian air tanah, mengulangi siklus ini hari demi hari, tahun demi tahun. Dengan demikian, air tanah yang melewati deposit Oklo tidak hanya dapat bertindak sebagai moderator neutron, tetapi juga "mengatur" pengoperasian reaktor. Itu adalah mekanisme yang sangat efisien yang menjaga struktur agar tidak meleleh atau meledak selama ratusan ribu tahun.

Insinyur nuklir harus banyak belajar dari Oklo. Misalnya, bagaimana menangani limbah nuklir. Oklo adalah contoh gudang geologi jangka panjang. Oleh karena itu, para ilmuwan mempelajari secara rinci proses migrasi dari waktu ke waktu produk fisi dari reaktor alami. Mereka juga dengan cermat mempelajari zona fisi kuno yang sama di situs Bangombe, sekitar 35 km dari Oklo. Reaktor Bangombe sangat menarik karena lebih dangkal daripada Oklo dan Okelobondo dan, hingga saat ini, lebih banyak air yang melewatinya. Benda-benda menakjubkan tersebut mendukung hipotesis bahwa banyak jenis limbah nuklir berbahaya dapat berhasil diisolasi di fasilitas penyimpanan bawah tanah.

Contoh Oklo juga menunjukkan bagaimana beberapa jenis limbah nuklir paling berbahaya disimpan. Dari awal penggunaan industri energi nuklir jumlah besar yang dihasilkan instalasi nuklir gas inert radioaktif (xenon-135, kripton-85, dll.). Dalam reaktor alami, produk limbah ini ditangkap dan disimpan selama miliaran tahun oleh mineral yang mengandung aluminium fosfat.

Reaktor tipe Oklo kuno juga dapat berdampak pada pemahaman fundamental besaran fisika, misalnya, konstanta fisik, dilambangkan dengan huruf (alfa), terkait dengan besaran universal seperti kecepatan cahaya (lihat "Konstanta non-konstan", "Dalam dunia sains", No. 9, 2005) . Selama tiga dekade fenomena Oklo (2 miliar tahun) digunakan sebagai argumen menentang perubahan . Namun tahun lalu, Steven K. Lamoreaux dan Justin R. Torgerson dari Los Alamos National Laboratory menemukan bahwa "konstanta" ini sangat bervariasi.

Apakah reaktor kuno di Gabon ini satu-satunya yang pernah terbentuk di Bumi? Dua miliar tahun yang lalu, kondisi yang diperlukan untuk pembelahan mandiri tidak terlalu langka, jadi mungkin reaktor alami lain akan ditemukan suatu hari nanti. Dan hasil analisis xenon dari sampel bisa sangat membantu dalam pencarian ini.

“Fenomena Oklo mengingatkan pada pernyataan E. Fermi, yang membangun reaktor nuklir pertama, dan P.L. Kapitsa, yang secara independen berpendapat bahwa hanya seseorang yang mampu menciptakan sesuatu seperti ini. Namun, reaktor alam kuno membantah pandangan ini, membenarkan gagasan A. Einstein bahwa Tuhan lebih canggih…”
S.P. kapitsa

Tentang Penulis:
Alex Mesik(Alex P.Mesik) lulus Fakultas Fisika Leningradsky Universitas Negeri. Pada tahun 1988 ia membela tesis PhD di Institut Geokimia dan kimia Analisis mereka. DI DAN. Vernadsky. Disertasinya tentang geokimia, geokronologi dan kimia nuklir gas mulia xenon dan kripton. Pada tahun 1996, Meshik mulai bekerja di Laboratorium penelitian luar angkasa di Universitas Washington di St. Louis, tempat dia saat ini mempelajari gas mulia angin matahari dikumpulkan dan dikirim ke Bumi oleh pesawat ruang angkasa Genesis.

Artikel diambil dari situs