კარიერი ურანის მადნის მოპოვებისთვის გაბონში ქალაქ ოკლოს მახლობლად

ზუსტად 40 წლის წინ, პირველი საერთაშორისო კონფერენციაეკვატორული აფრიკის სამხრეთ-დასავლეთში უნიკალური ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორის კვლევის შედეგებს მიეძღვნა. ეს გეოლოგიური ფენომენი აღმოაჩინეს გაბონში, სამთო ქალაქ ოკლოდან არც თუ ისე შორს, 1972 წლის 2 ივნისს, სხეულში. ურანის საბადო.

სიცოცხლის ხანგრძლივობა − 500000 წელი

ოდესღაც გამოკვლევის დროს ურანის მაღაროგაბონში, ფრანგი გეოლოგების ექსპედიცია გაოცებული იყო იმის გამო, რომ დაახლოებით ორი მილიარდი წლის წინ აქ მუშაობდა ნამდვილი ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორი. ასე რომ, მთელმა მსოფლიომ შეიტყო ძველ ოკლოს მაღაროში დამალული გეოლოგიური სასწაული.

როგორ წარმოიშვა ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის ბუნებრივი პირობები? ერთხელ ყველაფერი დაიწყო იმით, რომ მდინარის დელტაში ბაზალტის ქანების მყარ კალაპოტზე ურანის მადნით მდიდარი ქვიშაქვის ფენა იყო დეპონირებული. მიწისძვრების გაუთავებელი სერიის შედეგად ბაზალტის საძირკველი ღრმად ჩავარდა დედამიწაში. იქ, კილომეტრის სიღრმეზე, ურანის შემცველი ქვიშაქვა გაიბზარა და მიწისქვეშა წყლებმა ნაპრალებში დაიწყო დენა. გავიდა ასობით მილიონი წელი და ქვიშიანი ფენა კვლავ ამოვიდა ზედაპირზე.

ბირთვულმა ინჟინერებმა გეოლოგებს აუხსნეს, რომ წყალი ჯაჭვური რეაქციის ბუნებრივი რეგულატორია. როდესაც ის რეაქტორში შევიდა, მაშინვე ადუღდა და აორთქლდა, რის შედეგადაც „ატომური ცეცხლი“ ცოტა ხნით ჩაქრა.

რეაქტორის გაგრილებას და წყლის დაგროვებას დაახლოებით 2,5 საათი დასჭირდა და ხანგრძლივობა აქტიური პერიოდიდაახლოებით ნახევარი საათი იყო. როდესაც კლდე გაცივდა, წყალი კვლავ შემოიჭრა და დაიწყო ბირთვული რეაქცია. ასე რომ, აალებული, შემდეგ ქრებოდა, რეაქტორი, რომლის სიმძლავრე 200-ჯერ ნაკლები იყო, ვიდრე ობნინსკის პირველი ატომური ელექტროსადგური, მუშაობდა დაახლოებით ნახევარი მილიონი წლის განმავლობაში.

"Chicago woodpile", მსოფლიოში პირველი ბირთვული რეაქტორი, რომელიც ამოქმედდა 1942 წელს

აფრიკის გეოლოგიური ფენომენის შესწავლის მყარი პერიოდის მიუხედავად, ჯერ კიდევ არის გადაუჭრელი საკითხები. და რაც მთავარია: როგორ გადაურჩა ბუნებრივი რეაქტორი ნახევარი მილიონი წლის განმავლობაში მიწისძვრებს და დედამიწის ქერქის აღმართს და დაცემას? ყოველივე ამის შემდეგ, აშკარაა, რომ დედამიწის ფენების ნებისმიერი მოძრაობა დაუყოვნებლივ ცვლის „სამუშაო ზონის მოცულობას“. ამ შემთხვევაში ან ბირთვული რეაქცია მაშინვე შეჩერდებოდა, ან იქნებოდა ბირთვული აფეთქება, რომელმაც მთლიანად გაანადგურა გეოლოგიური ფენომენი ...

ამასობაში და შიგნით ამ მომენტშიოკლო არის აქტიური ურანის საბადო. ის მადნის სხეულები, რომლებიც მდებარეობს ზედაპირთან ახლოს, მოიპოვება კარიერის მეთოდით, ხოლო ისინი, რომლებიც სიღრმეშია, მოიპოვება სამთო სამუშაოებით.

"ჩიკაგოს ვუდპილი"

1942 წლის 2 დეკემბერს ფიზიკოსთა გუნდმა ჩიკაგოს უნივერსიტეტილაურეატის ხელმძღვანელობით ნობელის პრემიაენრიკო ფერმიმ გაუშვა მსოფლიოში პირველი ბირთვული რეაქტორი, სახელწოდებით "Chicago Woodpile". 15 წლის შემდეგ გაჩნდა პირველი იდეები არსებობის შესაძლებლობის შესახებ ბირთვული რეაქტორითავად ბუნების მიერ შექმნილი. ერთ-ერთი პირველი, ვინც შეიმუშავა ბუნებრივი რეაქტორების ჰიპოთეზა, იყო იაპონელი ფიზიკოსი პოლ კუროდა. დიდი ხნის განმავლობაში იგი წარუმატებლად ეძებდა ბუნებრივი ბირთვული რეაქციების ნიშნებს ურანის მაღაროს საბადოებში.

როდესაც ოკლოს რეაქტორი გაიხსნა, იყო სხვადასხვა ჰიპოთეზაამ უცნაური ფენომენის გამომწვევი მიზეზების შესახებ. ზოგი ამტკიცებდა, რომ საბადო დაბინძურებული იყო უცხო კოსმოსური ხომალდების დახარჯული საწვავით, სხვები მას ბირთვული ნარჩენების სამარხად მიიჩნევდნენ, რაც ჩვენ მემკვიდრეობით მივიღეთ უძველესი მაღალგანვითარებული ცივილიზაციებიდან.

ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორის ფუნქციონირების გასაოცარი დეტალების გარდა, ძალიან საინტერესო იქნებოდა მისი „რადიოაქტიური ნარჩენების“ ბედი. რადიოქიმიკოსებმა შეაფასეს, რომ ოკლოს რეაქტორმა გამოუშვა დაახლოებით 6 ტონა დაშლის პროდუქტები და 2,5 ტონა პლუტონიუმი. ამავდროულად, რადიოაქტიური ნარჩენების ძირითადი ნაწილი მოთავსებული იყო ურანიტის მინერალის კრისტალურ სტრუქტურაში, ოკლოს მაღაროს მადნის სხეულებში.

ბუნებრივმა რეაქტორმა ნათლად აჩვენა, თუ როგორ იქნება შესაძლებელი ბირთვული საცავების აშენება, რომლებიც უვნებელია. გარემო. თუმცა, ჩვენი პლანეტის ფლორასა და ფაუნაზე ბუნებრივი რადიაციის გავლენის მთავარი ფაქტორი ყველა სახის მუტაციაა.

მაიმუნიდან ადამიანამდე

ოკლოს ბუნებრივმა რეაქტორმა მუშაობა დაიწყო იმ დროს, როდესაც დედამიწაზე გამოჩნდნენ პირველი მრავალუჯრედიანი ორგანიზმები, რომლებმაც მაშინვე დაიწყეს თბილი რეზერვუარების და ოკეანეების სანაპირო ზონების განვითარება. ევოლუციური დოქტრინადაფუძნებული ფუნდამენტური თეორიადიდი დარვინი, გულისხმობს გლუვ გადასვლას ზღვის მცენარეებიდან და ცხოველებიდან ხმელეთზე. თუმცა, ზოგიერთი პალეონტოლოგიური აღმოჩენა კარგად არ ჯდება ტრადიციულ შეხედულებებში, რაც ადასტურებს ევოლუციური „ნახტომების“ და „ნახტომების“ ჰიპოთეზებს. ზოგიერთი პალეონტოლოგი ჯიუტად ამტკიცებს ამას სხვადასხვა დროს ისტორიული პერიოდებითითქოს არსაიდან, უცებ გაჩნდა ცოცხალი ორგანიზმების სრულიად ახალი სახეობები.

იმ შორეული დროის მოვლენების ალტერნატიულ შეფასებად ასევე შეიძლება აღინიშნოს შემდეგი აზრიდაკავშირებულია ბუნებრივი რეაქტორის მუშაობის შედეგებთან. ვარაუდობენ, რომ ბუნებრივ ატომურ რეაქტორს შეუძლია გამოიწვიოს ცოცხალი ორგანიზმების მრავალი მუტაცია, რომელთა აბსოლუტური უმრავლესობა გარდაიცვალა, როგორც სიცოცხლისუნარიანი. ზოგიერთი პალეონტოლოგი თვლის, რომ ეს იყო მაღალი რადიაცია, რამაც გამოიწვია მოულოდნელი მუტაციები ახლომდებარე აფრიკულ ცხოველებში. დიდი მაიმუნებიდა უბიძგა მათი ევოლუცია თანამედროვე ადამიანისკენ.

მკვდარი წერტილი და რადიაციული მუტანტები

სავსებით შესაძლებელია, რომ იმ შორეულ დროში ჯაჭვური რეაქციების ბუნებრივი კერები ხდებოდა საკმაოდ ხშირად, ამიტომ ხანდახან არა მხოლოდ ბუნებრივი რეაქტორების ჩართვა, არამედ ატომური აფეთქებებიც ხდებოდა. რა თქმა უნდა, ასეთი რადიაციის ექსპოზიციაროგორმე უნდა აისახოს ჩვენი პლანეტის განვითარებად ბიოსფეროში. მაღალი რადიაცია საზიანოა ნებისმიერი სიცოცხლისთვის, მაგრამ ბუნებრივი რეაქტორების შემთხვევაში სიტუაცია გაცილებით რთულია. მართლაც, რეაქტორის მახლობლად და მით უმეტეს ზემოთ, მკვდარი ადგილი უნდა ჩამოყალიბებულიყო (გაიხსენეთ იდუმალი „გეოპათოგენური“ ზონები), სადაც განადგურდებოდა ნებისმიერი ფლორა და ფაუნა. მაიონებელი გამოსხივებარეაქტორის ზონა. მაგრამ კიდეების გარშემო საშიში ზონარადიაციის დონემ შეიძლება შეცვალოს სიტუაცია - რადიაცია აქ არ მოკლავს, მაგრამ გამოიწვევს გენის მუტაციების სერიას.

ურანის საბადო მოპოვებული ოკლოს მაღაროდან

რადიაციულ მუტანტებს შორის შეიძლება იყოს ძალიან უჩვეულო არსებები, რომლებიც მრავალფეროვნებას ქმნიდნენ მიმდებარე ბუნებადა ევოლუციური განვითარების დაჩქარება. გამოდის, რომ სიცოცხლის უპრეცედენტო მრავალფეროვნება უნდა დაფიქსირებულიყო რადიაციის ბუნებრივი წყაროებიდან არც თუ ისე შორს.

უფრო მეტიც, ბუნებრივი რეაქტორებიდან რადიაციულმა ნაკადებმა და აფეთქებებმა შეიძლება ნათელი მოჰფინოს იმაზე, თუ როგორ დაიწყო სიცოცხლე დედამიწაზე. ევოლუციური ბიოლოგები, ბიოფიზიკოსები და ბიოქიმიკოსები დიდი ხანია ფრთხილად ვარაუდობენ, რომ საკმარისად ძლიერი ენერგეტიკული იმპულსი იყო საჭირო პირველ უჯრედში სასიცოცხლო პროცესების დასაწყებად. გარე ენერგიის ამ ნაკადს შეუძლია დაარღვიოს ისეთი ელემენტების ქიმიური ბმები, როგორიცაა ნახშირბადი, აზოტი, წყალბადი და ჟანგბადი. შემდეგ ამ ელემენტებს შეეძლოთ ერთმანეთთან რეაგირება და პირველი კომპლექსის შექმნა ორგანული მოლეკულები. ადრე ითვლებოდა, რომ ამგვარ ბიძგს შეუძლია იმპულსი მისცეს ელექტრომაგნიტური ენერგიავთქვათ, ძლიერი ელვისებური გამონადენის სახით. თუმცა, ბოლო წლებში სულ უფრო და უფრო ხშირად ჩნდება მოსაზრებები, რომ ძლიერ ელვას შეუძლია გაცილებით უკეთ გაუმკლავდეს ასეთი ენერგეტიკული იმპულსის ორგანიზებას. ბუნებრივი წყაროებირადიაცია.

მჟავე ფენომენი

ცოტა ხნის წინ, Curiosity როვერმა გააკეთა მოულოდნელი აღმოჩენა. ყველაფერი იმით დაიწყო, რომ რუტინული კვლევის დროს მარსის როვერმა წითელი პლანეტის ზედაპირზე აღმოაჩინა ... ბირთვული ფერფლის კვალი.

ეს იდუმალი ფაქტიმაშინვე წარმოშვა ჰიპოთეზა, რომ რამდენიმე ასეული მილიონი წლის წინ, ფართომასშტაბიანი ბირთვული კატასტროფა. გარკვეულწილად, ბუნებრივი რეაქტორი აფეთქდა, რომელმაც პლანეტის უზარმაზარი სივრცე რადიოაქტიური მტვრითა და ნამსხვრევებით შეავსო. ამავდროულად, მთავარი არგუმენტია ის ფაქტი, რომ ასეთი „ბირთვული სცენარი“ დედამიწაზე, ოკლოში ხორციელდება.

შესაძლოა, დაახლოებით მილიარდი წლის წინ, გიგანტური ბირთვული რეაქტორი ჩამოყალიბდა და მოქმედებდა მარსის მჟავე ზღვის ჩრდილოეთ ნაწილში. ალბათ, მარსის რეაქტორს არ გააჩნდა საკმარისად ეფექტური რეგულატორი და ერთხელ აფეთქდა, რამაც რადიოაქტიური ნივთიერებების მნიშვნელოვანი რაოდენობა გაათავისუფლა.

სავარაუდოდ, "აციდალიანის ფენომენი" საკმაო სიღრმეზე, სულ მცირე, კილომეტრზე მდებარეობდა, სადაც იყო კონცენტრირებული ურანის, თორიუმის და კალიუმის უზარმაზარი საბადო. Როგორც ჩანს, უძველესი მარსიიყო ტექტონიკურად საკმაოდ მშვიდი პლანეტა უკიდურესად მცირე მოძრაობით ლითოსფერული ფირფიტები. ამიტომ რადიოაქტიური მადნის სხეული ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში ისვენებდა და ბირთვული რეაქციები.

Curiosity როვერმა მარსზე ბირთვული ფერფლის კვალი აღმოაჩინა

გამოთვლები აჩვენებს, რომ მარსის ატომური აფეთქება პლანეტის ზედაპირზე 30 კილომეტრიანი ასტეროიდის დაცემას შეედრება. თუმცა, ასტეროიდის დარტყმისგან განსხვავებით, აფეთქების წყარო ზედაპირთან უფრო ახლოს იყო და მის მიერ წარმოქმნილი დეპრესია სიღრმით გაცილებით მცირე იყო, ვიდრე დარტყმის კრატერები.

რეგიონთან ერთად გაზრდილი კონცენტრაციათორიუმი გვხვდება აციდალის ზღვის ჩრდილო-დასავლეთით ფართო და არაღრმა აუზში. თორიუმის კვალის შემცველობა და რადიოაქტიური იზოტოპებიკალიუმი მიუთითებს იმაზე, რომ ბირთვული კატასტროფა მოხდა რამდენიმე ასეული მილიონი წლის წინ, ამაზონის ეპოქის შუა ან ბოლოს. ამ კატასტროფაზე ასევე მიუთითებს ბირთვული რეაქციების შედეგად გამოწვეული იზოტოპების არგონ-40 და ქსენონ-129 პლანეტის ატმოსფეროში არსებობა.

ბევრი პლანეტოლოგი გამოხატავს დიდი ეჭვისინამდვილეში მარსიანი ბირთვული კატასტროფა. ამრიგად, ისინი აღნიშნავენ, რომ მიმდინარე გეოლოგიური პირობებიროგორც მარსზე, ისე დედამიწაზე არ გამოუცდია მკვეთრი ცვლილებებიათასობით წლის განმავლობაში. გეოფიზიკოსებისა და გეოქიმიკოსების აზრით, NASA-ს მისიის დროს აღმოჩენილი მარსის ზედაპირის თავისებურებები შეიძლება უკავშირდებოდეს ყველაზე გავრცელებულ გეოლოგიურ პროცესებს, რომლებსაც არ გააჩნიათ ბირთვული საფუძველი.

ოკლოს ფენომენი მახსენდება ე.ფერმის განცხადებას, რომელმაც ააგო პირველი ბირთვული რეაქტორი და პ.ლ. კაპიცა, რომელიც დამოუკიდებლად ამტკიცებდა, რომ მხოლოდ ადამიანს შეუძლია შექმნას მსგავსი რამ. თუმცა უძველესი ბუნებრივი რეაქტორი უარყოფს ამ თვალსაზრისს და ადასტურებს ა.აინშტაინის აზრს, რომ ღმერთი უფრო დახვეწილია...

ს.პ. კაპიცა

1945 წელს იაპონელმა ფიზიკოსმა პ.კ. კუროდამ, შოკირებული იყო ჰიროშიმაში ნანახით, პირველად შესთავაზა ბუნებაში ბირთვული დაშლის სპონტანური პროცესის შესაძლებლობას. 1956 წელს ჟურნალ Nature-ში მან გამოაქვეყნა პატარა, მხოლოდ გვერდიანი ჩანაწერი. მან მოკლედ გამოიკვეთა ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორის თეორია.

მძიმე ბირთვების დაშლის დასაწყებად, მომავალი ჯაჭვური რეაქციისთვის აუცილებელია სამი პირობა:

• 1) საწვავი - 23e და;
• 2) ნეიტრონების მოდერატორები - წყალი, სილიციუმის და ლითონების ოქსიდები, გრაფიტი (ამ ნივთიერებების მოლეკულებთან შეჯახება, ნეიტრონები კარგავს მათ მარაგს. კინეტიკური ენერგიადა სწრაფიდან ნელამდე)
• 3) ნეიტრონის შთამნთქმელი, რომელთა შორისაა ფრაგმენტაციის ელემენტები და თავად ურანი.

ბუნებაში დომინანტური იზოტოპი, 238 U, შეიძლება დაიშალოს სწრაფი ნეიტრონების მიერ, მაგრამ ნეიტრონები საშუალო ენერგია(ნელზე მეტი ენერგიით და სწრაფზე ნაკლებით), მისი ბირთვები იჭერს და ამავე დროს არ ფუჭდება, არ იყოფა.

235 U ბირთვის ყოველი დაშლისას, რომელიც გამოწვეულია ნელ ნეიტრონთან შეჯახებით, წარმოიქმნება ორი ან სამი ახალი სწრაფი ნეიტრონი. რათა გამოიწვიონ 23e-ის ახალი გაყოფა და, ისინი უნდა გახდნენ ნელი. ზოგიერთი სწრაფი ნეიტრონი ზომიერდება შესაბამისი მასალებით, ხოლო მეორე ნაწილი ტოვებს სისტემას. ზომიერი ნეიტრონები ნაწილობრივ შეიწოვება იშვიათი დედამიწის ელემენტებით, რომლებიც ყოველთვის გვხვდება ურანის საბადოებში და წარმოიქმნება ურანის ბირთვების დაშლის დროს - იძულებითი და სპონტანური. მაგალითად, გადოლინიუმი და სამარიუმი თერმული ნეიტრონების ყველაზე ძლიერი შთამნთქმელია.

235 U დაშლის ჯაჭვური რეაქციის სტაბილური ნაკადის განსახორციელებლად აუცილებელია, რომ ნეიტრონების გამრავლების კოეფიციენტი არ ჩამოვიდეს 1-ზე ქვემოთ. გამრავლების კოეფიციენტი (Kp) არის დარჩენილი ნეიტრონების თანაფარდობა მათ საწყის რიცხვთან. თუ Кр = 1, ჯაჭვური რეაქცია ურანის საბადოში სტაბილურად მიმდინარეობს, თუ Кр > 1, საბადო უნდა განადგურდეს, გაიფანტოს ან თუნდაც აფეთქდეს. კრ

სამი პირობის შესასრულებლად აუცილებელია: პირველი, ანაბარი იყოს უძველესი. ამჟამად ურანის იზოტოპების ბუნებრივ ნარევში კონცენტრაცია 23e და მხოლოდ 0,72%-ია. 500 მილიონი და 1 მილიარდი წლის წინ ბევრად მეტი არ იყო. ამიტომ, 1 Ga-ზე ახალგაზრდა საბადოზე არ შეიძლება დაიწყოს ჯაჭვური რეაქცია, მიუხედავად ურანის მთლიანი კონცენტრაციისა ან მოდერატორი წყლისა. ნახევარგამოყოფის პერიოდი 235 და დაახლოებით 700 მილიონი წელია. ამ ურანის იზოტოპის კონცენტრაცია ბუნებრივი ობიექტები 2 მილიარდი წლის წინ იყო 3,7%, 3 მილიარდი წლის წინ - 8,4%, 4 მილიარდი წლის წინ - 19,2%. მილიარდობით წლის წინ იყო საკმარისი საწვავი ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორისთვის.

საბადოს სიძველე აუცილებელი, მაგრამ არა საკმარისი პირობაა ბუნებრივი რეაქტორების მუშაობისთვის. კიდევ ერთი, ასევე აუცილებელი პირობაა აქ წყლის დიდი რაოდენობით არსებობა. წყალი, განსაკუთრებით მძიმე წყალი, ნეიტრონების საუკეთესო მოდერატორია. შემთხვევითი არ არის კრიტიკული მასაურანი (93,5% 235 G1) წყალხსნარში - ერთ კილოგრამზე ნაკლები, ხოლო მყარ მდგომარეობაში, ბურთის სახით სპეციალური ნეიტრონული რეფლექტორით - 18-დან 23 კგ-მდე. წყლის სულ მცირე 15-20% უნდა ყოფილიყო უძველესი ურანის მადნის შემადგენლობაში, რათა მასში დაიწყო ურანის დაშლის ჯაჭვური რეაქცია.

1972 წლის ივნისში, კომისარიატის ერთ-ერთ ლაბორატორიაში ატომური ენერგიასაფრანგეთმა, ოკლო, გაბონის ურანის საბადოდან გამოყოფილი ბუნებრივი ურანის სტანდარტული ხსნარის მომზადებისას (ნახ. 4.4), აღმოაჩინა ურანის იზოტოპური შემადგენლობის გადახრა ჩვეულებრივიდან: 235 და ამის ნაცვლად აღმოჩნდა 0,7171%. 0,7202%-დან. მომდევნო ექვსი კვირის განმავლობაში, სასწრაფოდ იქნა გაანალიზებული კიდევ 350 ნიმუში და გაირკვა, რომ 235G1 იზოტოპში ამოწურული ურანის მადანი მიეწოდებოდა საფრანგეთში ამ აფრიკის საბადოდან. გაირკვა, რომ წელიწადნახევარში მაღაროდან 700 ტონა გაფუჭებული ურანი მოვიდა, ხოლო საფრანგეთის ატომურ ქარხნებში მიწოდებულმა ნედლეულმა მთლიანმა დეფიციტმა 23:> და 200 კგ შეადგინა.

ფრანგმა მკვლევარებმა (რ. ბოდიუმ, მ. ნელი და სხვები) სასწრაფოდ გამოაქვეყნეს შეტყობინება, რომ მათ აღმოაჩინეს ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორი. შემდეგ, ბევრ ჟურნალში წარმოდგენილი იყო უჩვეულო ოკლოს საბადოს ყოვლისმომცველი კვლევის შედეგები.

დაახლოებით 2 მილიარდი 600 მილიონი წლის წინ ( არქეის ეპოქა) დღევანდელი გაბონისა და მისი მეზობელი აფრიკული სახელმწიფოების ტერიტორიაზე ჩამოყალიბდა უზარმაზარი გრანიტის ფილა მრავალი ათეული კილომეტრის სიგრძით. ეს თარიღი დადგინდა რადიოაქტიური საათების გამოყენებით - არგონის დაგროვებით კალიუმიდან, სტრონციუმი - რუბიდიუმიდან, ტყვია - ურანიდან.

მომდევნო 500 მილიონი წლის განმავლობაში ეს ბლოკი განადგურდა, გადაიქცა ქვიშასა და თიხად. ისინი მდინარეებმა ჩამოირეცხა და ნალექის სახით გაჯერებული იყო ორგანული ნივთიერებები, ფენებად დასახლდა უძველესი უზარმაზარი მდინარის დელტაში. ათობით მილიონი წლის განმავლობაში, ნალექის სისქე იმდენად გაიზარდა, რომ ქვედა ფენები რამდენიმე კილომეტრის სიღრმეზე იყო. ჩაედინა მათში მიწისქვეშა წყლები, რომელშიც იხსნება მარილები, მათ შორის ზოგიერთი ურანილის მარილი (UOy + იონი). ორგანული ნივთიერებებით გაჯერებულ ფენებში არსებობდა პირობები ექვსვალენტიანი ურანის ოთხვალენტობამდე დაყვანისთვის, რომელიც ნალექი იყო. თანდათანობით, ათასობით ტონა ურანი ილექებოდა ათობით მეტრის ზომის მადნის „ლინზების“ სახით. ურანის შემცველობამ მადანში მიაღწია 30, 40, 50%-ს და განაგრძო ზრდა.

რაღაც მომენტში ჩამოყალიბდა ჯაჭვური რეაქციის დაწყებისთვის საჭირო ყველა პირობა, რაც ზემოთ არის აღწერილი და ბუნებრივი რეაქტორი დაიწყო მუშაობა. იზოტოპ 235-ის კონცენტრაცია იმ დროს იყო 4,1%. ნეიტრონული ნაკადი გაიზარდა ასობით მილიონი ჯერ. ამან გამოიწვია არა მხოლოდ 23o-ის დაწვა, არამედ ოკლოს საბადო აღმოჩნდა მრავალი იზოტოპური ანომალიის კოლექცია. ნატურალური მუშაობის შედეგად

ბრინჯი. 4.4.

რეაქტორმა გამოუშვა დაახლოებით 6 ტონა დაშლის პროდუქტები და 2,5 ტონა პლუტონიუმი. რადიოაქტიური ნარჩენების უმეტესი ნაწილი "დამარხულია" ოკლოს მადნის სხეულში ნაპოვნი ურანიტის მინერალის კრისტალურ სტრუქტურაში.

აღმოჩნდა, რომ ბუნებრივი რეაქტორი მუშაობდა დაახლოებით 500 ათასი წლის განმავლობაში. იზოტოპის დამწვრობის საფუძველზე, ასევე გამოითვალა ბუნებრივი რეაქტორის მიერ გამომუშავებული ენერგია - 13,000,000 კვტ, საშუალოდ მხოლოდ 25 კვტ/სთ: 200-ჯერ ნაკლები, ვიდრე მსოფლიოში პირველი ატომური ელექტროსადგური, რომელიც ელექტროენერგიას აწვდიდა 1954 წელს. ქალაქი მოსკოვის მახლობლადობნინსკი. თუმცა ეს ენერგია საკმარისი იყო იმისთვის, რომ ოკლოს საბადოს ტემპერატურა 400-600 °C-ს მიაღწია. ბირთვული აფეთქებებიდეპოზიტში არ იყო. ეს ალბათ იმიტომ ხდება, რომ ოკლოს ბუნებრივი რეაქტორი იყო თვითრეგულირებადი. როდესაც ნეიტრონების Kp მიუახლოვდა ერთიანობას, ტემპერატურა გაიზარდა და წყალი, ნეიტრონების მოდერატორი, დატოვა რეაქციის ზონა. რეაქტორი გაჩერდა, გაცივდა და წყალმა კვლავ გაჯერდა მადანი - ჯაჭვური რეაქცია კვლავ განახლდა. რეაქტორის პერიოდული მუშაობის დრო გამორთვამდე დაახლოებით 30 წუთია, რეაქტორის გაგრილების დრო 2,5 საათი.

ამჟამად დედამიწაზე ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორის ფორმირება შეუძლებელია, მაგრამ მიმდინარეობს სხვა ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორების ნაშთების ძებნა.

ადამიანის უცხო წარმოშობის შესახებ ერთ-ერთი ჰიპოთეზა ამბობს, რომ ქ უხსოვარი დროიდანმზის სისტემას ეწვია რბოლის ექსპედიცია ცენტრალური რეგიონიგალაქტიკები, სადაც ვარსკვლავები და პლანეტები გაცილებით ძველია და, შესაბამისად, იქ სიცოცხლე გაცილებით ადრე გაჩნდა.

ჯერ კოსმოსური მოგზაურები დასახლდნენ ფაეთონზე, რომელიც ოდესღაც მარსსა და იუპიტერს შორის მდებარეობდა, მაგრამ იქ გაუშვა. ბირთვული ომიდა პლანეტა მოკვდა. ამ ცივილიზაციის ნარჩენები მარსზე დასახლდნენ, მაგრამ იქაც ატომურმა ენერგიამ მოკლა მოსახლეობის უმეტესი ნაწილი. შემდეგ დარჩენილი კოლონისტები ჩამოვიდნენ დედამიწაზე, გახდნენ ჩვენი შორეული წინაპრები.

ეს თეორია შეიძლება დადასტურდეს 45 წლის წინ აფრიკაში გაკეთებულმა გასაოცარმა აღმოჩენამ. 1972 წელს ფრანგული კორპორაცია ამუშავებდა გაბონის რესპუბლიკის ოკლოს მაღაროში. ურანის საბადო. შემდეგ დროს სტანდარტული ანალიზიმადნის ნიმუშებმა, ექსპერტებმა აღმოაჩინეს ურანი-235-ის შედარებით დიდი დეფიციტი - ამ იზოტოპის 200 კილოგრამზე მეტი დაკარგული იყო. ფრანგებმა მაშინვე განგაში ატეხეს, რადგან დაკარგულები რადიოაქტიური ნივთიერებასაკმარისი იქნება ერთზე მეტი ატომური ბომბის შესაქმნელად.

თუმცა, შემდგომმა გამოკვლევამ აჩვენა, რომ გაბონის მაღაროში ურანი-235-ის კონცენტრაცია ისეთივე დაბალია, როგორც ატომური ელექტროსადგურის რეაქტორიდან დახარჯულ საწვავში. ეს რაღაც ბირთვული რეაქტორია? უჩვეულო ურანის საბადოში მადნის სხეულების ანალიზმა აჩვენა, რომ მათში ბირთვული დაშლა მოხდა ჯერ კიდევ 1,8 მილიარდი წლის წინ. მაგრამ როგორ არის ეს შესაძლებელი ადამიანის ჩარევის გარეშე?

ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორი?

სამი წლის შემდეგ, გაბონის დედაქალაქ ლიბრევილში, სამეცნიერო კონფერენციაეძღვნება ოკლოს ფენომენს. ყველაზე გაბედულმა მეცნიერებმა მაშინ ჩათვალეს, რომ იდუმალი ბირთვული რეაქტორი იყო შედეგი უძველესი რასა, რომელიც ექვემდებარებოდა ბირთვულ ენერგიას. თუმცა, დამსწრეთა უმეტესობა დაეთანხმა, რომ მაღარო პლანეტაზე ერთადერთი „ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორია“. მაგალითად, ის დაიწყო მრავალი მილიონი წლის განმავლობაში თავისთავად ბუნებრივი პირობების გამო.

ხალხი ოფიციალური მეცნიერებავარაუდობენ, რომ რადიოაქტიური მადნით მდიდარი ქვიშაქვის ფენა იყო დეპონირებული მდინარის დელტაში მყარ ბაზალტის კალაპოტზე. ამ რეგიონში ტექტონიკური აქტივობის გამო, ბაზალტის სარდაფი ურანის შემცველი ქვიშაქვებით რამდენიმე კილომეტრში ჩაძირული იყო მიწაში. ქვიშაქვა ვითომ გაიბზარა და მიწისქვეშა წყალი. ბირთვული საწვავი მაღაროში მდებარეობდა მოდერატორის შიგნით კომპაქტურ საბადოებში, რომელიც წყალს ემსახურებოდა. მადნის თიხის „ლინზებში“ ურანის კონცენტრაცია 0,5 პროცენტიდან 40 პროცენტამდე გაიზარდა. ფენების სისქე და მასა გარკვეული მომენტიმიაღწია კრიტიკულ წერტილს, მოხდა ჯაჭვური რეაქცია და "ბუნებრივი რეაქტორი" დაიწყო მუშაობა.

წყალი, როგორც ბუნებრივი რეგულატორი, შევიდა ბირთვში და დაიწყო ჯაჭვური რეაქციაურანის ბირთვების დაშლა. ენერგიის გამოყოფამ გამოიწვია წყლის აორთქლება და რეაქცია შეჩერდა. თუმცა, რამდენიმე საათის შემდეგ, როდესაც ბუნების მიერ შექმნილი რეაქტორის ბირთვი გაცივდა, ციკლი განმეორდა. შემდგომში, სავარაუდოდ, იყო ახალი სტიქიური უბედურება, რამაც ეს „ინსტალაცია“ თავდაპირველ დონემდე აიყვანა, ან ურანი-235 უბრალოდ დაიწვა. და რეაქტორის მუშაობა შეჩერდა.

მეცნიერებმა გამოთვალეს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ენერგია წარმოიქმნა მიწისქვეშეთში, მისი სიმძლავრე მცირე იყო - არაუმეტეს 100 კილოვატზე, რაც საკმარისი იქნებოდა რამდენიმე ათეული ტოსტერისთვის. თუმცა, შთამბეჭდავია ის ფაქტი, რომ ატომური ენერგიის წარმოქმნა ბუნებაში სპონტანურად მოხდა.

თუ ბირთვული საცავია?

თუმცა, ბევრ ექსპერტს არ სჯერა ასეთი ფანტასტიკური დამთხვევების. ატომური ენერგიის აღმომჩენებმა დიდი ხნის წინ დაამტკიცეს, რომ ბირთვული რეაქციის მიღება შესაძლებელია მხოლოდ ხელოვნურად. ბუნებრივი გარემო ზედმეტად არასტაბილური და ქაოტურია იმისთვის, რომ მხარი დაუჭიროს ასეთ პროცესს მილიონობით და მილიონი წლის განმავლობაში.

ამიტომ, ბევრი ექსპერტი თვლის, რომ ჩვენ ვსაუბრობთარა ოკლოს ბირთვულ რეაქტორზე, არამედ ბირთვულ საცავზე. ეს ადგილი მართლაც უფრო დახარჯული ურანის საწვავის ნაგავსაყრელს ჰგავს და ნაგავსაყრელი იდეალურად არის აღჭურვილი. ბაზალტის "სარკოფაგში" გაჟღენთილი ურანი ასობით მილიონი წლის განმავლობაში ინახებოდა მიწისქვეშეთში და მხოლოდ ადამიანის ჩარევამ გამოიწვია მისი გამოჩენა ზედაპირზე.

მაგრამ რადგან იქ სამარხია, ეს ნიშნავს, რომ იქ იყო რეაქტორიც, რომელიც აწარმოებდა ატომურ ენერგიას! ანუ ადამიანს, რომელიც ჩვენს პლანეტაზე 1,8 მილიარდი წლის წინ ბინადრობდა, უკვე ფლობდა ბირთვული ენერგიის ტექნოლოგიას. სად წავიდა ეს ყველაფერი?

ალტერნატიული ისტორიკოსების აზრით, ჩვენი ტექნოკრატიული ცივილიზაცია სულაც არ არის პირველი დედამიწაზე. ყველა მიზეზი არსებობს იმის დასაჯერებლად, რომ ადრე იყო მაღალგანვითარებული ცივილიზაციებირომელმაც გამოიყენა ბირთვული რეაქცია ენერგიის გამოსამუშავებლად. თუმცა, ისევე როგორც დღევანდელი კაცობრიობა, ჩვენმა შორეულმა წინაპრებმაც გადააქციეს ეს ტექნოლოგია იარაღად, შემდეგ კი ამით თავი მოიკლა. შესაძლებელია, რომ ჩვენი მომავალიც წინასწარ არის განსაზღვრული და ორიოდე მილიარდი წლის შემდეგ, დღევანდელი ცივილიზაციის შთამომავლები ჩვენს მიერ დატოვებულ ბირთვულ ნარჩენების ნაგავსაყრელებს წააწყდებიან და გაინტერესებთ: საიდან მოვიდნენ? ..

ურანის მადნის ნიმუშების რუტინული ანალიზის დროს ძალიან უცნაური ფაქტი გამოიკვეთა - ურანი-235-ის პროცენტული მაჩვენებელი ნორმაზე დაბალი იყო. ბუნებრივი ურანი შეიცავს სამ იზოტოპს, რომლებიც განსხვავდებიან ატომური მასები. ყველაზე გავრცელებულია ურანი-238, უიშვიათესი ურანი-234 და ყველაზე საინტერესო ურანი-235, რომელიც მხარს უჭერს ბირთვულ ჯაჭვურ რეაქციას. ყველგან და შიგნით დედამიწის ქერქიდა მთვარეზე და მეტეორიტებშიც კი - ურანის 235 ატომები შეადგენს 0,720%-ს. სულურანი. მაგრამ გაბონის ოკლოს საბადოდან ნიმუშები შეიცავდა მხოლოდ 0,717% ურანს-235. ეს მცირე შეუსაბამობა საკმარისი იყო ფრანგი მეცნიერების გასაფრთხილებლად. Შემდგომი კვლევააჩვენა, რომ დაახლოებით 200 კგ საბადო აკლია - საკმარისია ნახევარი ათეული ბირთვული ბომბის შესაქმნელად.

ურანის ღია ორმომ ოკლოში, გაბონი, აღმოაჩინა ათზე მეტი ზონა, სადაც ოდესღაც ბირთვული რეაქციები ხდებოდა.

საფრანგეთის ატომური ენერგიის კომისიის სპეციალისტები გაოგნებულები იყვნენ. პასუხი იყო 19 წლის წინანდელი სტატია, რომელშიც ჯორჯ უეტერილი კალიფორნიის უნივერსიტეტიდან, ლოს ანჯელესიდან და მარკ ინგჰრამი ჩიკაგოს უნივერსიტეტიდან ვარაუდობდნენ ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორების არსებობას შორეულ წარსულში. მალევე, პოლ კ. კუროდამ, არკანზასის უნივერსიტეტის ქიმიკოსმა, დაადგინა „აუცილებელი და საკმარისი“ პირობები თვითშენარჩუნებული დაშლის პროცესისთვის ურანის საბადოს სხეულში სპონტანურად წარმოქმნისთვის.

მისი გათვლებით, ანაბრის ზომა უნდა აღემატებოდეს საშუალო სიგრძენეიტრონების დიაპაზონი, რომლებიც იწვევენ გაყოფას (დაახლოებით 2/3 მეტრი). შემდეგ ერთი დაშლილი ბირთვის მიერ გამოსხივებული ნეიტრონები შეიწოვება მეორე ბირთვის მიერ, სანამ ისინი დატოვებენ ურანის ვენას.

ურანი-235-ის კონცენტრაცია საკმარისად მაღალი უნდა იყოს. დღეს დიდი საბადოც კი ვერ გახდება ატომური რეაქტორი, რადგან ის შეიცავს 1%-ზე ნაკლებ ურანს-235-ს. ეს იზოტოპი იშლება დაახლოებით ექვსჯერ უფრო სწრაფად, ვიდრე ურანი-238, რაც გულისხმობს იმას, რომ შორეულ წარსულში, მაგალითად, 2 მილიარდი წლის წინ, ურანი-235-ის რაოდენობა დაახლოებით 3% იყო - დაახლოებით იგივე, რაც გამდიდრებულ ურანს, რომელიც გამოიყენებოდა საწვავად. ატომური ელექტროსადგურების უმეტესობა. ასევე აუცილებელია არსებობდეს ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია შეანელოს ურანის ბირთვების დაშლის დროს გამოსხივებული ნეიტრონები, რათა მათ უფრო ეფექტურად გამოიწვიონ ურანის სხვა ბირთვების დაშლა. დაბოლოს, მადნის მასა არ უნდა შეიცავდეს ბორის, ლითიუმის ან სხვა ეგრეთ წოდებული ბირთვული შხამების მნიშვნელოვან რაოდენობას, რომლებიც აქტიურად შთანთქავენ ნეიტრონებს და იწვევენ ნებისმიერი ბირთვული რეაქციის სწრაფ შეჩერებას.

ბუნებრივი დაშლის რეაქტორები აღმოაჩინეს მხოლოდ აფრიკის გულში, გაბონში, ოკლოში და მეზობელ ურანის მაღაროებში ოკელობონდოში და ბანგომბეში, დაახლოებით 35 კილომეტრში.

მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ 2 მილიარდი წლის წინ შექმნილი პირობები 16 წლისთვის ცალკე განყოფილებებიროგორც ოკლოს შიგნით, ასევე ოკელობანდოს მეზობელ ურანის მაღაროებში, ძალიან ახლოს იყო იმასთან, რასაც კუროდა აღწერდა (იხ. "ღვთაებრივი რეაქტორი", "მეცნიერების სამყაროში", No. 1, 2004 წ.). მიუხედავად იმისა, რომ ყველა ეს ზონა აღმოაჩინეს ათწლეულების წინ, ჩვენ მხოლოდ ახლახანს შევძელით იმის გაგება, თუ რა ხდებოდა ერთ-ერთი უძველესი რეაქტორის შიგნით.

შემოწმება მსუბუქი ელემენტებით

მალე ფიზიკოსებმა დაადასტურეს ვარაუდი, რომ ოკლოში ურანი-235-ის შემცველობის შემცირება გამოწვეული იყო დაშლის რეაქციებით. უდავო მტკიცებულება გაჩნდა გაყოფის შედეგად წარმოქმნილი ელემენტების შესწავლაში მძიმე ბირთვი. დაშლის პროდუქტების კონცენტრაცია იმდენად მაღალი აღმოჩნდა, რომ ასეთი დასკვნა ერთადერთი ჭეშმარიტი იყო. 2 მილიარდი წლის წინ აქ მოხდა ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია, ისეთივე, როგორიც ენრიკო ფერმიმ და მისმა კოლეგებმა ბრწყინვალედ აჩვენეს 1942 წელს.

ფიზიკოსები მთელს მსოფლიოში სწავლობენ ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორების არსებობის მტკიცებულებებს. მეცნიერებმა 1975 წელს გაბონის დედაქალაქ ლიბრევილში გამართულ სპეციალურ კონფერენციაზე „ოკლოს ფენომენზე“ მუშაობის შედეგები წარმოადგინეს. მომავალ წელსჯორჯ ა. კოუანმა, რომელიც წარმოადგენდა შეერთებულ შტატებს შეხვედრაზე, დაწერა სტატია Scientific American-ისთვის (იხ. "A Natural Fission Reactor", ავტორი ჯორჯ ა. ქოუენი, 1976 წლის ივლისი).

ქოუანმა შეაჯამა ინფორმაცია და აღწერა კონცეფცია, თუ რა ხდებოდა ამ საოცარ ადგილას: ურანი-235-ის დაშლის შედეგად გამოსხივებული ნეიტრონების ნაწილი იტაცებს უფრო გავრცელებული ურანი-238-ის ბირთვებს, რომელიც გადაიქცევა ურან-239-ში და შემდეგ. ორი ელექტრონის ემისია იქცევა პლუტონიუმ-239-ად. ასე რომ, ოკლოში ამ იზოტოპის ორ ტონაზე მეტი ჩამოყალიბდა. შემდეგ პლუტონიუმის ნაწილმა განიცადა დაშლა, რასაც მოწმობს დამახასიათებელი დაშლის პროდუქტების არსებობა, რამაც მკვლევარები მიიყვანა დასკვნამდე, რომ ეს რეაქციები ასობით ათასი წლის განმავლობაში უნდა გაგრძელებულიყო. გამოყენებული ურანი-235-ის რაოდენობაზე დაყრდნობით გამოთვალეს გამოთავისუფლებული ენერგიის რაოდენობა - დაახლოებით 15 ათასი მეგავატ-წელი. ამ და სხვა მტკიცებულებების მიხედვით, რეაქტორის საშუალო სიმძლავრე 100 კვტ-ზე ნაკლები აღმოჩნდა, ანუ საკმარისი იქნებოდა რამდენიმე ათეული ტოსტერის დასაყენებლად.

როგორ გაჩნდა ათზე მეტი ბუნებრივი რეაქტორი? რამ უზრუნველყო მათი მუდმივი ძალა რამდენიმე ასეული ათასწლეულის განმავლობაში? რატომ არ განადგურდნენ ისინი ბირთვული ჯაჭვური რეაქციების დაწყებისთანავე? რა მექანიზმი უზრუნველყოფდა აუცილებელ თვითრეგულირებას? რეაქტორები მუშაობდნენ უწყვეტად თუ წყვეტილი? ამ კითხვებზე პასუხები მაშინვე არ გამოჩნდა. Და შემდეგ ბოლო შეკითხვასინათლე სულ ცოტა ხნის წინ მოვახერხე, როცა მე და ჩემმა კოლეგებმა დავიწყეთ აფრიკული იდუმალი მადნის ნიმუშების შესწავლა სენტ-ლუისის ვაშინგტონის უნივერსიტეტში.

დეტალურად გაყოფა

ბირთვული ჯაჭვური რეაქციები იწყება მაშინ, როდესაც ერთი თავისუფალი ნეიტრონი ურტყამს გატეხილი ატომის ბირთვს, როგორიცაა ურანი-235 (ზედა მარცხნივ). ბირთვი იშლება, წარმოქმნის ორ პატარა ატომს და ასხივებს სხვა ნეიტრონებს, რომლებიც გაფრინდებიან. მაღალი სიჩქარედა უნდა შენელდეს მანამ, სანამ სხვა ბირთვების გახლეჩას გამოიწვევს. საბადოში ოკლოში, ისევე როგორც თანამედროვე ბირთვულ რეაქტორებში მსუბუქი წყალიშემაფერხებელი საშუალება იყო ჩვეულებრივი წყალი. განსხვავება მდგომარეობს რეგულირების სისტემაში: on ატომური ელექტროსადგურებიგამოიყენება ნეიტრონის შთამნთქმელი ღეროები და ოკლოს რეაქტორები უბრალოდ თბებოდა, სანამ წყალი არ ადუღდებოდა.

რას მალავდა კეთილშობილი გაზი?

ჩვენი მუშაობა ოკლოს ერთ-ერთ რეაქტორზე მიეძღვნა ქსენონის, მძიმე ინერტული აირის ანალიზს, რომელიც შეიძლება დარჩეს მინერალებში მილიარდობით წლის განმავლობაში. ქსენონს აქვს ცხრა სტაბილური იზოტოპი, რომლებიც გვხვდება სხვადასხვა რაოდენობითბირთვული პროცესების ბუნებიდან გამომდინარე. როგორც კეთილშობილი გაზი, ის არ რეაგირებს ქიმიურად სხვა ელემენტებთან და, შესაბამისად, ადვილია გაწმენდა იზოტოპური ანალიზისთვის. ქსენონი ძალზე იშვიათია, რაც შესაძლებელს ხდის მის გამოყენებას ბირთვული რეაქციების აღმოსაჩენად და თვალყურის დევნებისთვის, თუნდაც ისინი მზის სისტემის დაბადებამდე მომხდარიყო.

ურანი-235 ატომები შეადგენს ბუნებრივი ურანის დაახლოებით 0,720%-ს. ასე რომ, როდესაც მუშებმა აღმოაჩინეს, რომ ოკლოს ურანი შეიცავდა 0,717%-ზე მეტს, ისინი გაოცდნენ, ეს მაჩვენებელი მართლაც მნიშვნელოვნად განსხვავდება ურანის მადნის სხვა ნიმუშებისგან (ზემოთ). როგორც ჩანს, ურანი-235-ისა და ურან-238-ის თანაფარდობა წარსულში გაცილებით მაღალი იყო, ვინაიდან ურანი-235-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი გაცილებით მოკლეა. ასეთ პირობებში შესაძლებელია დაშლის რეაქცია. როდესაც ოკლოში ურანის საბადოები ჩამოყალიბდა 1,8 მილიარდი წლის წინ, ურანი-235-ის ბუნებრივი სიმრავლე დაახლოებით 3% იყო, ისევე როგორც ბირთვული რეაქტორის საწვავში. როდესაც დედამიწა ჩამოყალიბდა დაახლოებით 4,6 მილიარდი წლის წინ, ეს თანაფარდობა იყო 20%-ზე მეტი, დონე, რომელზედაც დღეს ურანი ითვლება „იარაღის ხარისხში“.

ქსენონის იზოტოპური შემადგენლობის გასაანალიზებლად საჭიროა მასის სპექტრომეტრი, მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია ატომების დახარისხება მათი წონის მიხედვით. ჩვენ გაგვიმართლა, რომ გვქონდა წვდომა ჩარლზ მ. ჰოჰენბერგის მიერ აშენებულ ქსენონის მასის სპექტრომეტრზე. მაგრამ ჯერ ჩვენი ნიმუშიდან ქსენონის ამოღება მოგვიწია. როგორც წესი, ქსენონის შემცველი მინერალი თბება მისი დნობის წერტილის ზემოთ, რაც იწვევს კრისტალური სტრუქტურის დაშლას და ვეღარ შეიკავებს მასში შემავალ გაზს. მაგრამ ჩვენ უნდა შევაგროვოთ მეტი ინფორმაცია, გამოიყენა უფრო დახვეწილი მეთოდი - ლაზერული ექსტრაქცია, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მიაღწიოთ ქსენონს გარკვეულ მარცვლებში და ხელუხლებლად ტოვებს მათ მიმდებარე ტერიტორიებს.

ჩვენ დავამუშავეთ ოკლოდან ერთადერთი კლდის ნიმუშის მრავალი პაწაწინა მონაკვეთი, მხოლოდ 1მმ სისქით და 4მმ სიგანით. ლაზერის სხივის ზუსტად დასამიზნებლად, ჩვენ გამოვიყენეთ ოლგა პრადივცევას მიერ აგებული ობიექტის დეტალური რენტგენის რუკა, რომელმაც ასევე დაადგინა მინერალები, რომლებიც ქმნიდნენ ობიექტს. ექსტრაქციის შემდეგ, ჩვენ გავასუფთავეთ გამოთავისუფლებული ქსენონი და გავაანალიზეთ იგი ჰოჰენბერგის მასის სპექტრომეტრში, რომელმაც მოგვცა თითოეული იზოტოპის ატომების რაოდენობა.

აქ რამდენიმე სიურპრიზი გველოდა: ჯერ ერთი, ურანით მდიდარ მინერალების მარცვლებში გაზი არ იყო. მისი უმეტესი ნაწილი ალუმინის ფოსფატის შემცველი მინერალებით იქნა დაჭერილი - აღმოჩნდა, რომ მათ აქვთ ქსენონის ყველაზე მაღალი კონცენტრაცია, რაც კი ოდესმე ყოფილა ბუნებაში. მეორეც, მოპოვებული გაზი საგრძნობლად განსხვავდებოდა იზოტოპური შემადგენლობით იმისგან, რომელიც ჩვეულებრივ წარმოიქმნება ბირთვულ რეაქტორებში. მას პრაქტიკულად აკლდა ქსენონ-136 და ქსენონ-134, ხოლო ელემენტის მსუბუქი იზოტოპების შემცველობა იგივე დარჩა.

Oklo-ს ნიმუშში ალუმინის ფოსფატის მარცვლებიდან ამოღებულ ქსენონს ჰქონდა საინტერესო იზოტოპური შემადგენლობა (მარცხნივ), რომელიც არ ემთხვევა ურანის 235-ის დაშლის შედეგად წარმოებულს (ცენტრი) და არ ჰგავს ატმოსფერული ქსენონის იზოტოპურ შემადგენლობას. მარჯვენა). აღსანიშნავია, რომ ქსენონ-131-ისა და -132-ის რაოდენობა უფრო მაღალია, ხოლო -134 და -136-ის რაოდენობა უფრო დაბალია, ვიდრე მოსალოდნელია ურანი-235-ის დაშლისგან. მიუხედავად იმისა, რომ ამ დაკვირვებებმა თავდაპირველად გააკვირვა ავტორი, მოგვიანებით მან გააცნობიერა, რომ ისინი შეიცავდნენ ამ უძველესი ბირთვული რეაქტორის მუშაობის გასაგებად.

რა არის ასეთი ცვლილებების მიზეზი? იქნებ ეს არის ბირთვული რეაქციების შედეგი? ფრთხილად ანალიზმა საშუალება მისცა მე და ჩემს კოლეგებს გამოგვეტოვებინა ეს შესაძლებლობა. ჩვენ ასევე გადავხედეთ სხვადასხვა იზოტოპების ფიზიკურ დახარისხებას, რაც ზოგჯერ ხდება იმის გამო, რომ მძიმე ატომები ოდნავ ნელა მოძრაობენ, ვიდრე მათი მსუბუქი კოლეგები. ეს თვისება გამოიყენება ურანის გამდიდრების ქარხნებში რეაქტორის საწვავის წარმოებისთვის. მაგრამ თუნდაც ბუნებამ შეძლოს ასეთი პროცესის მიკროსკოპული მასშტაბის რეალიზება, ალუმინის ფოსფატის მარცვლებში ქსენონის იზოტოპების ნარევის შემადგენლობა განსხვავდება იმისგან, რაც ჩვენ აღმოვაჩინეთ. მაგალითად, გაზომილი ქსენონ-132-ის რაოდენობასთან შედარებით, ქსენონ-136-ის შემცველობის შემცირება (მძიმე 4-ით ატომური ერთეულებიმასა) ორჯერ მეტი იქნებოდა, ვიდრე ქსენონ-134-ისთვის (მძიმე 2 ატომური მასის ერთეულით), თუ ფიზიკური დახარისხება იმუშავებდა. თუმცა მსგავსი არაფერი გვინახავს.

ქსენონის წარმოქმნის პირობების გაანალიზების შემდეგ შევამჩნიეთ, რომ მისი არც ერთი იზოტოპი არ ყოფილა ურანის დაშლის პირდაპირი შედეგი; ისინი ყველა წარმოადგენდნენ იოდის რადიოაქტიური იზოტოპების დაშლის პროდუქტებს, რომლებიც, თავის მხრივ, წარმოიქმნება რადიოაქტიური ტელურუმისგან და ა.შ., ბირთვული რეაქციების ცნობილი თანმიმდევრობის მიხედვით. ამ შემთხვევაში, ოკლოდან ჩვენს ნიმუშში სხვადასხვა ქსენონის იზოტოპები სხვადასხვა დროს გამოჩნდა. რაც უფრო დიდხანს ცოცხლობს კონკრეტული რადიოაქტიური წინამორბედი, მით უფრო შეფერხებულია მისგან ქსენონის წარმოქმნა. მაგალითად, ქსენონ-136-ის ფორმირება დაიწყო თვითშენარჩუნებული დაშლის დაწყებიდან მხოლოდ ერთი წუთის შემდეგ. ერთი საათის შემდეგ, შემდეგი მსუბუქი სტაბილური იზოტოპი, ქსენონ-134, გამოჩნდება. შემდეგ, რამდენიმე დღის შემდეგ, სცენაზე ჩნდება ქსენონ-132 და ქსენონ-131. საბოლოოდ, მილიონობით წლის შემდეგ და გაცილებით გვიან, ვიდრე ბირთვული ჯაჭვური რეაქციების შეწყვეტა, იქმნება ქსენონ-129.

ოკლოში ურანის საბადოები რომ დარჩენილიყო დახურულ სისტემად, მისი ბუნებრივი რეაქტორების მუშაობის დროს დაგროვილი ქსენონი ნორმალურ იზოტოპურ შემადგენლობას შეინარჩუნებდა. მაგრამ სისტემა არ იყო დახურული, რასაც მოწმობს ის ფაქტი, რომ ოკლოს რეაქტორები როგორღაც არეგულირებდნენ თავს. ყველაზე სავარაუდო მექანიზმი გულისხმობს ამ პროცესში მიწისქვეშა წყლების მონაწილეობას, რომელიც ადუღდა მას შემდეგ, რაც ტემპერატურა გარკვეულ კრიტიკულ დონეს მიაღწია. როდესაც წყალი აორთქლდა, რომელიც აორთქლდა, ბირთვული ჯაჭვის რეაქციები დროებით შეჩერდა და მას შემდეგ რაც ყველაფერი გაცივდა და მიწისქვეშა წყლების საკმარისი რაოდენობა კვლავ შეაღწია რეაქციის ზონაში, დაშლა შეიძლება განახლდეს.

ეს სურათი გვიჩვენებს ორს მნიშვნელოვანი მომენტები: რეაქტორებს შეეძლოთ წყვეტილი მუშაობა (ჩართვა და გამორთვა); ამის მეშვეობით კლდედიდი რაოდენობით წყალი უნდა გაივლიდა, რაც საკმარისი იყო ქსენონის ზოგიერთი წინამორბედის, კერძოდ, თელურიუმის და იოდის ამორეცხვისთვის. წყლის არსებობა ასევე ეხმარება ახსნას რატომ უმეტესობაქსენონი ახლა გვხვდება ალუმინის ფოსფატის მარცვლებში და არა ურანით მდიდარ ქანებში. ალუმინის ფოსფატის მარცვლები, სავარაუდოდ, წარმოიქმნა ბირთვული რეაქტორის მიერ გაცხელებული წყლის მოქმედებით, მას შემდეგ რაც გაცივდა დაახლოებით 300°C-მდე.

ოკლოს რეაქტორის ყოველი აქტიური პერიოდის განმავლობაში და გარკვეული პერიოდის შემდეგ, სანამ ტემპერატურა რჩებოდა მაღალი, ქსენონის უმეტესი ნაწილი (ქსენონ-136 და -134-ის ჩათვლით, რომლებიც შედარებით სწრაფად წარმოიქმნება) ამოღებულ იქნა რეაქტორიდან. როგორც რეაქტორი გაცივდა, უფრო ხანგრძლივი ქსენონის წინამორბედები (ისინი, რომლებიც მოგვიანებით წარმოშობდნენ ქსენონ-132-ს, -131-ს და -129-ს, რომლებიც უფრო დიდი რაოდენობით აღმოვაჩინეთ) შევიდა მზარდი ალუმინის ფოსფატის მარცვლებში. შემდეგ, რაც უფრო მეტი წყალი დაბრუნდა რეაქციის ზონაში, ნეიტრონები შენელდა სწორ ხარისხში და დაშლის რეაქცია კვლავ დაიწყო, რის გამოც გათბობისა და გაგრილების ციკლი განმეორდა. შედეგი იყო ქსენონის იზოტოპების სპეციფიკური განაწილება.

ბოლომდე გასაგები არ არის, რა ძალებმა შეინარჩუნა ეს ქსენონი ალუმინის ფოსფატის მინერალებში პლანეტის სიცოცხლის თითქმის ნახევარი. კერძოდ, რატომ არ გამოიდევნა ქსენონი, რომელიც გამოჩნდა რეაქტორის მუშაობის მოცემულ ციკლში მომდევნო ციკლის განმავლობაში? სავარაუდოდ, ალუმინის ფოსფატის სტრუქტურას შეეძლო შეენარჩუნებინა მასში წარმოქმნილი ქსენონი, თუნდაც მაღალ ტემპერატურაზე.

ოკლოში ქსენონის უჩვეულო იზოტოპური შემადგენლობის ახსნის მცდელობა მოითხოვდა სხვა ელემენტების გათვალისწინებას. Განსაკუთრებული ყურადღებამოზიდული იოდი, საიდანაც რადიოაქტიური დაშლის დროს წარმოიქმნება ქსენონი. დაშლის პროდუქტების წარმოქმნისა და მათი რადიოაქტიური დაშლის პროცესის მოდელირებამ აჩვენა, რომ ქსენონის სპეციფიკური იზოტოპური შემადგენლობა რეაქტორის ციკლური მოქმედების შედეგია, ეს ციკლი გამოსახულია ზემოთ მოცემულ სამ დიაგრამაზე.

ბუნების სამუშაო გრაფიკი

მას შემდეგ, რაც შეიქმნა ალუმინის ფოსფატის მარცვლებში ქსენონის წარმოშობის თეორია, შევეცადეთ ამ პროცესის მათემატიკური მოდელის განხორციელება. ჩვენმა გამოთვლებმა ბევრი რამ გაარკვია რეაქტორის მუშაობაში და მიღებულმა მონაცემებმა ქსენონის იზოტოპებზე გამოიწვია მოსალოდნელი შედეგები. ოკლოში რეაქტორი 30 წუთის განმავლობაში "ჩართეს" და "გამორთეს" მინიმუმ 2,5 საათის განმავლობაში. ზოგიერთი გეიზერი ფუნქციონირებს ანალოგიურად: ისინი ნელ-ნელა თბება, ადუღდება, გამოდევნის მიწისქვეშა წყლების ნაწილს, იმეორებს ამ ციკლს დღითი დღე, წლიდან წლამდე. ამრიგად, ოკლოს საბადოზე გამავალი მიწისქვეშა წყლები არა მხოლოდ ნეიტრონების მოდერატორის როლს ასრულებდა, არამედ რეაქტორის მუშაობის „რეგულირებაც“ შეეძლო. ეს იყო ძალიან ეფექტური მექანიზმი, რომელიც ასობით ათასი წლის განმავლობაში იცავდა სტრუქტურას დნობისა და აფეთქებისგან.

ბირთვულ ინჟინერებს ბევრი რამ აქვთ სასწავლი Oklo-სგან. მაგალითად, როგორ გავუმკლავდეთ ბირთვულ ნარჩენებს. ოკლო არის გრძელვადიანი გეოლოგიური საცავი. ამიტომ, მეცნიერები დეტალურად სწავლობენ ბუნებრივი რეაქტორებიდან დაშლის პროდუქტების დროთა განმავლობაში მიგრაციის პროცესებს. მათ ასევე გულდასმით შეისწავლეს იგივე უძველესი დაშლის ზონა ბანგომბეში, ოკლოდან დაახლოებით 35 კილომეტრში. ბანგომბეს რეაქტორი განსაკუთრებით საინტერესოა, რადგან ის უფრო ზედაპირულია ვიდრე ოკლო და ოკელობანდო და ბოლო დრომდე მასში მეტი წყალი გადიოდა. ასეთი საოცარი ობიექტები მხარს უჭერს ჰიპოთეზას, რომ მრავალი სახის საშიში ბირთვული ნარჩენები წარმატებით იზოლირებულია მიწისქვეშა საწყობებში.

Oklo-ს მაგალითი ასევე აჩვენებს, თუ როგორ ინახება ბირთვული ნარჩენების ზოგიერთი ყველაზე საშიში სახეობა. სამრეწველო გამოყენების დაწყებიდან ბირთვული ენერგიაშედეგად მიღებული უზარმაზარი რაოდენობა ბირთვული დანადგარებირადიოაქტიური ინერტული აირები (ქსენონ-135, კრიპტონ-85 და სხვ.). ბუნებრივ რეაქტორებში ეს ნარჩენი პროდუქტები იჭერს და ინახება მილიარდობით წლის განმავლობაში ალუმინის ფოსფატის შემცველი მინერალებით.

უძველეს ოკლოს ტიპის რეაქტორებს შესაძლოა გავლენა იქონიონ ფუნდამენტალის გაგებაზე ფიზიკური რაოდენობითმაგალითად, ფიზიკური მუდმივი, რომელიც აღინიშნება α ასოთი (ალფა), რომელიც დაკავშირებულია ისეთ უნივერსალურ სიდიდეებთან, როგორიცაა სინათლის სიჩქარე (იხ. „არამუდმივი მუდმივები“, „მეცნიერების სამყაროში“, No9, 2005 წ.) . დროს სამი ათწლეულისოკლოს ფენომენი (2 მილიარდი წლის წინანდელი) გამოყენებული იქნა არგუმენტად α-ში ცვლილებების წინააღმდეგ. მაგრამ გასულ წელს, სტივენ კ. ლამორამ და ჯასტინ რ. ტორჯერსონმა ლოს ალამოსის ეროვნული ლაბორატორიიდან აღმოაჩინეს, რომ ეს "მუდმივი" მნიშვნელოვნად იცვლებოდა.

ეს უძველესი რეაქტორები გაბონში ერთადერთია, რაც ოდესმე ჩამოყალიბდა დედამიწაზე? ორი მილიარდი წლის წინ, თვითშენარჩუნებული გახლეჩვისთვის აუცილებელი პირობები არც თუ ისე იშვიათი იყო, ამიტომ, შესაძლოა, ერთ დღეს სხვა ბუნებრივი რეაქტორებიც აღმოჩნდეს. და ნიმუშებიდან ქსენონის ანალიზის შედეგები შეიძლება ძალიან სასარგებლო იყოს ამ ძიებაში.

„ოკლოს ფენომენი მახსენდება ე.ფერმის განცხადებას, რომელმაც ააგო პირველი ბირთვული რეაქტორი და პ.ლ. კაპიცა, რომელიც დამოუკიდებლად ამტკიცებდა, რომ მხოლოდ ადამიანს შეუძლია შექმნას მსგავსი რამ. თუმცა უძველესი ბუნებრივი რეაქტორი უარყოფს ამ თვალსაზრისს და ადასტურებს ა. აინშტაინის აზრს, რომ ღმერთი უფრო დახვეწილია...“
ს.პ. კაპიცა

Ავტორის შესახებ:
ალექს მეშიკი(ალექს პ. მეშიკი) დაამთავრა ფიზიკის ფაკულტეტილენინგრადსკი სახელმწიფო უნივერსიტეტი. 1988 წელს იცავდა სადოქტორო ნაშრომიგეოქიმიის ინსტიტუტში და ანალიზური ქიმიამათ. და. ვერნადსკი. მისი დისერტაცია ეხებოდა კეთილშობილური გაზების ქსენონისა და კრიპტონის გეოქიმიას, გეოქრონოლოგიასა და ბირთვულ ქიმიას. 1996 წელს მეშიკმა დაიწყო მუშაობა ლაბორატორიაში კოსმოსური კვლევასენტ-ლუისის ვაშინგტონის უნივერსიტეტში, სადაც ამჟამად სწავლობს კეთილშობილ გაზებს მზის ქარიშეგროვებული და დედამიწაზე მიწოდება Genesis კოსმოსური ხომალდით.

სტატია აღებულია საიტიდან