Lom na ťažbu uránovej rudy v Gabone pri meste Oklo

Prvýkrát presne pred 40 rokmi medzinárodná konferencia venovaný výsledkom štúdia unikátneho prírodného jadrového reaktora na juhozápade rovníkovej Afriky. Tento geologický jav bol objavený v Gabone, neďaleko banského mesta Oklo, 2. júna 1972 priamo v tele ložisko uránu.

Životnosť − 500 000 rokov

Niekedy počas vyšetrenia uránová baňa v Gabone s úžasom expedícia francúzskych geológov zistila, že asi pred dvoma miliardami rokov tu fungoval skutočný prírodný jadrový reaktor. Tak sa celý svet dozvedel o geologickom zázraku, ukrytom v starej bani Oklo.

Ako vznikli prirodzené podmienky pre jadrovú reťazovú reakciu? Kedysi sa to všetko začalo tým, že v delte rieky sa na pevnom dne čadičových hornín uložila vrstva pieskovca bohatá na uránovú rudu. V dôsledku nekonečnej série zemetrasení sa čadičový základ ponoril hlboko do zeme. Tam v kilometrovej hĺbke praskol uránonosný pieskovec a do puklín začala zatekať spodná voda. Ubehli stovky miliónov rokov a piesčitá vrstva opäť vystúpila na povrch.

Jadroví inžinieri vysvetlili geológom, že prirodzeným regulátorom reťazovej reakcie je voda. Keď vstúpil do reaktora, okamžite sa uvaril a vyparil, v dôsledku čoho „atómový oheň“ na chvíľu zhasol.

Ochladenie reaktora a nahromadenie vody trvalo asi 2,5 hodiny a čas trvania aktívne obdobie bola asi pol hodiny. Keď sa hornina ochladila, voda opäť prenikla a spustila jadrovú reakciu. A tak reaktor, ktorý sa rozhorel a potom zhasol, ktorého výkon bol 200-krát menší ako výkon prvej jadrovej elektrárne v Obninsku, pracoval asi pol milióna rokov.

„Chicago woodpile“, prvý jadrový reaktor na svete, spustený v roku 1942

Napriek solídnemu obdobiu štúdia afrického geologického fenoménu stále existujú niektoré nevyriešené problémy. A hlavná vec: ako pol milióna rokov prežil prírodný reaktor zemetrasenia a výkyvy zemskej kôry? Je predsa zrejmé, že akýkoľvek pohyb zemských vrstiev by okamžite zmenil „objem pracovnej zóny“. V tomto prípade by sa jadrová reakcia buď okamžite zastavila, alebo by došlo nukleárny výbuch, ktorá úplne zničila geologický fenomén ...

Medzitým a v tento moment Oklo je aktívne ložisko uránu. Tie rudné telesá, ktoré sa nachádzajú pri povrchu, sa ťažia lomovou metódou a tie, ktoré sú v hĺbke, sa ťažia banskými dielami.

"Chicago Woodpile"

Dňa 2. decembra 1942 družstvo fyzikov z University of Chicago na čele s laureátom nobelová cena Enrico Fermi spustil prvý jadrový reaktor na svete s názvom „Chicago Woodpile“. O 15 rokov neskôr sa objavili prvé myšlienky o možnosti existencie nukleárny reaktor vytvorila sama príroda. Jedným z prvých, ktorí vyvinuli hypotézu prírodných reaktorov, bol japonský fyzik Paul Kuroda. Dlho neúspešne pátral po známkach prirodzených jadrových reakcií v ložiskách uránových baní.

Keď bol otvorený reaktor Oklo, tam boli rôzne hypotézy o príčinách tohto zvláštneho javu. Niektorí tvrdili, že ložisko bolo kontaminované vyhoreným palivom z mimozemských kozmických lodí, iní ho považovali za pohrebisko jadrového odpadu, ktorý sme zdedili od starovekých vysoko rozvinutých civilizácií.

Okrem úžasných detailov fungovania prírodného jadrového reaktora by bolo veľmi zaujímavé poznať aj osud jeho „rádioaktívneho odpadu“. Rádiochemici odhadli, že reaktor Oklo vyprodukoval asi 6 ton štiepnych produktov a 2,5 tony plutónia. Zároveň bola hlavná časť rádioaktívneho odpadu uzavretá v kryštalickej štruktúre uranitového minerálu v rudných telesách bane Oklo.

Prírodný reaktor jasne ukázal, ako by bolo možné vybudovať jadrové úložiská, ktoré sú pre neho neškodné životné prostredie. Hlavnou vecou vplyvu prirodzeného žiarenia na flóru a faunu našej planéty sú však najrôznejšie mutácie.

Od opice k človeku

Prírodný reaktor v Oklo začal fungovať v čase, keď sa na Zemi objavili prvé mnohobunkové organizmy, ktoré okamžite začali vytvárať teplé nádrže a pobrežné zóny oceánov. evolučná doktrína založené na fundamentálnej teórie veľký Darwin, zahŕňa hladký prechod od morských rastlín a živočíchov k suchozemským. Niektoré paleontologické nálezy však príliš nezapadajú do tradičných názorov, potvrdzujúcich hypotézy o evolučných „skokoch“ a „skokoch“. Niektorí paleontológovia tvrdohlavo trvajú na tom, že pri rôznych historické obdobia Akoby odnikiaľ sa zrazu objavili úplne nové druhy živých organizmov.

Ako alternatívne hodnotenie udalostí tej vzdialenej doby možno tiež spomenúť ďalší názor spojené s dôsledkami prevádzky prírodného reaktora. Predpokladá sa, že prirodzený jadrový reaktor by mohol viesť k početným mutáciám živých organizmov, z ktorých veľká väčšina vymrela ako neživotaschopná. Niektorí paleontológovia sa domnievajú, že práve vysoká radiácia spôsobila neočakávané mutácie afrických zvierat, ktoré sa potulovali v blízkosti. veľké opice a posunul ich vývoj smerom k modernému človeku.

Mŕtva škvrna a radiačné mutanty

Je celkom možné, že v tých vzdialených časoch sa prirodzené ohniská reťazových reakcií vyskytovali pomerne často, takže občas sa zapli nielen prírodné reaktory, ale došlo aj k atómovým výbuchom. Samozrejme, také radiačnej záťaži by sa mala nejakým spôsobom prejaviť vo vznikajúcej biosfére našej planéty. Vysoká radiácia škodí každému životu, no v prípade prírodných reaktorov je situácia oveľa komplikovanejšia. Skutočne, blízko a ešte viac nad reaktorom sa malo vytvoriť mŕtve miesto (pamätajte na tajomné „geopatogénne“ zóny), kde by bola zničená akákoľvek flóra a fauna. ionizujúce žiarenie reaktorová zóna. Ale po okrajoch nebezpečná zónaúrovne radiácie by mohli zvrátiť situáciu – radiácia tu nezabije, ale spôsobí sériu génových mutácií.

Uránová ruda ťažená z bane Oklo

Medzi radiačnými mutantmi mohli byť veľmi nezvyčajné stvorenia, ktoré boli veľmi rozmanité okolitá príroda a urýchlenie evolučného vývoja. Ukazuje sa, že neďaleko od prírodných zdrojov žiarenia mala byť pozorovaná nebývalá rozmanitosť života.

Navyše toky žiarenia z prírodných reaktorov a výbuchov by mohli objasniť, ako sa život na Zemi začal. Evoluční biológovia, biofyzici a biochemici už dlho opatrne naznačujú, že na spustenie životných procesov v prvej bunke je potrebný nejaký dostatočne silný energetický impulz. Tento tok vonkajšej energie by mohol narušiť chemické väzby prvkov, ako je uhlík, dusík, vodík a kyslík. Potom by tieto prvky mohli navzájom reagovať a vytvoriť prvý komplex organické molekuly. Predtým sa verilo, že takýto tlak môže dať impulz elektromagnetickej energie povedzme vo forme silného výboja blesku. V posledných rokoch sa však čoraz častejšie objavujú myšlienky, že by organizáciu takéhoto energetického impulzu zvládol oveľa lepšie výkonný blesk. prírodné pramenežiarenia.

Kyslý jav

Nedávno vyrobil rover Curiosity nečakaný objav. Všetko to začalo tým, že v priebehu rutinného výskumu marťanský rover našiel na povrchu Červenej planéty stopy ... jadrového popola.

Toto záhadný fakt okamžite vyvolali hypotézu, že pred niekoľkými stovkami miliónov rokov došlo vo veľkom meradle jadrová katastrofa. Nejakým spôsobom explodoval prírodný reaktor a naplnil obrovské rozlohy planéty rádioaktívnym prachom a úlomkami. Hlavným argumentom je zároveň fakt, že takýto „jadrový scenár“ sa realizuje na Zemi, v Oklo.

Možno asi pred miliardou rokov vznikol a fungoval obrovský jadrový reaktor v severnej časti Marťanského kyslého mora. Pravdepodobne marťanský reaktor nemal dostatočne účinný regulátor a raz vybuchol, pričom sa uvoľnilo značné množstvo rádioaktívnych látok.

S najväčšou pravdepodobnosťou ležal „atsidálsky fenomén“ v značnej hĺbke, najmenej kilometer, kde sa nachádzalo rozsiahle rudné teleso koncentrovaného uránu, tória a draslíka. Zdá sa, že, staroveký Mars bola tektonicky pomerne pokojná planéta s extrémne malým pohybom litosférických platní. Preto bolo rádioaktívne rudné teleso veľmi dlho v pokoji a jadrové reakcie.

Rover Curiosity našiel na Marse stopy jadrového popola

Výpočty ukazujú, že atómový výbuch na Marse je porovnateľný s pádom 30-kilometrového asteroidu na povrch planéty. Na rozdiel od dopadu asteroidu bol však zdroj explózie bližšie k povrchu a ním vytvorená depresia bola oveľa menšia v hĺbke ako impaktné krátery.

Región s zvýšená koncentrácia tórium sa vyskytuje na severozápade Acidálneho mora v širokej a plytkej panve. Obsah stôp tória a rádioaktívne izotopy draslík naznačuje, že k jadrovej katastrofe došlo pred niekoľkými stovkami miliónov rokov, uprostred alebo na konci amazonskej éry. Túto katastrofu naznačuje aj prítomnosť izotopov argónu-40 a xenónu-129 v atmosfére planéty, ktoré sú výsledkom jadrových reakcií.

Vyjadrujú mnohí planetárni vedci veľká pochybnosť v skutočnosti marťan jadrová katastrofa. Poznamenávajú teda, že prúd geologické pomery na Marse aj na Zemi nezažili drastické zmeny po tisíce rokov. Podľa geofyzikov a geochemikov možno rysy povrchu Marsu objavené počas misie NASA spájať s najbežnejšími geologickými procesmi, ktoré nemajú jadrový základ.

Fenomén Oklo pripomína výrok E. Fermiho, ktorý postavil prvý jadrový reaktor a P.L. Kapitsa, ktorý nezávisle tvrdil, že niečo také je schopný vytvoriť iba človek. Staroveký prírodný reaktor však tento názor vyvracia, čím potvrdzuje myšlienku A. Einsteina, že Boh je sofistikovanejší...

S.P. Kapitsa

V roku 1945 japonský fyzik P.K. Kuroda, šokovaný tým, čo videl v Hirošime, po prvý raz naznačil možnosť spontánneho procesu jadrového štiepenia v prírode. V roku 1956 v časopise Nature uverejnil malú, len stránkovú poznámku. Stručne načrtla teóriu prírodného jadrového reaktora.

Na spustenie štiepenia ťažkých jadier sú pre budúcu reťazovú reakciu potrebné tri podmienky:

• 1) palivo - 23e a;
• 2) moderátory neutrónov - voda, oxidy kremíka a kovov, grafit (zráža sa s molekulami týchto látok, neutróny premrhajú svoju zásobu Kinetická energia a od rýchleho po pomalé)
• 3) absorbéry neutrónov, medzi ktorými sú fragmentačné prvky a samotný urán.

Prevládajúci izotop v prírode, 238 U, môže byť štiepený rýchlymi neutrónmi, ale neutróny stredná energia(s väčšou energiou ako tie pomalé, a s menšou ako tie rýchle) jej jadrá zachytávajú a zároveň sa nerozkladajú, nedelia.

Pri každom štiepení jadra 235 U, spôsobeného zrážkou s pomalým neutrónom, vznikajú dva alebo tri nové rýchle neutróny. Aby spôsobili nové rozdelenie 23e a, musia byť pomalé. Niektoré z rýchlych neutrónov sú moderované zodpovedajúcimi materiálmi, zatiaľ čo druhá časť opúšťa systém. Moderované neutróny sú čiastočne pohlcované prvkami vzácnych zemín, ktoré sú vždy prítomné v uránových ložiskách a vznikajú pri štiepení jadier uránu – vynúteným a samovoľným. Napríklad gadolínium a samárium patria medzi najsilnejšie absorbéry tepelných neutrónov.

Pre realizáciu stabilného toku štiepnej reťazovej reakcie 235 U je potrebné, aby multiplikačný faktor neutrónov neklesol pod 1. Multiplikačný faktor (Kp) je pomer zostávajúcich neutrónov k ich počiatočnému počtu. Ak Кр = 1, v ložisku uránu plynule prebieha reťazová reakcia, ak Кр > 1, ložisko by sa malo samo zničiť, rozptýliť alebo dokonca explodovať. Pri Kr

Na splnenie troch podmienok je potrebné: po prvé, aby bol vklad starý. V súčasnosti je v prírodnej zmesi izotopov uránu koncentrácia 23e a je len 0,72%. Nebolo to oveľa viac ako pred 500 miliónmi a 1 miliardou rokov. Preto v žiadnom ložisku mladšom ako 1 Ga nemohla začať reťazová reakcia, bez ohľadu na celkovú koncentráciu uránu alebo moderátorskej vody. Polčas rozpadu je 235 a približne 700 miliónov rokov. Koncentrácia tohto izotopu uránu v prírodné predmety Pred 2 miliardami rokov to bolo 3,7 %, pred 3 miliardami rokov - 8,4 %, pred 4 miliardami rokov - 19,2 %. Bolo to pred miliardami rokov, kedy bolo dostatok paliva pre prírodný jadrový reaktor.

Starobylosť ložiska je nevyhnutnou, ale nie postačujúcou podmienkou prevádzky prírodných reaktorov. Ďalšou, tiež nevyhnutnou podmienkou je prítomnosť vody tu vo veľkom množstve. Voda, najmä ťažká, je najlepším moderátorom neutrónov. Nie je to náhoda kritické množstvo urán (93,5% 235 G1) vo vodnom roztoku - menej ako jeden kilogram a v pevnom stave, vo forme gule so špeciálnym neutrónovým reflektorom - od 18 do 23 kg. Minimálne 15-20% vody muselo byť v zložení starovekej uránovej rudy, aby sa v nej začala reťazová reakcia štiepenia uránu.

V júni 1972 v jednom z laboratórií komisariátu pre atómová energia Francúzsko pri príprave štandardného roztoku prírodného uránu izolovaného z rudy uránového ložiska Oklo, Gabon (obr. 4.4) zistilo odchýlku izotopového zloženia uránu od obvyklého: 235 a ukázalo sa, že je to 0,7171 %. 0,7202 %. Počas nasledujúcich šiestich týždňov bolo urýchlene analyzovaných ďalších 350 vzoriek a ukázalo sa, že uránová ruda ochudobnená o izotop 235G1 sa do Francúzska dodáva z tohto afrického ložiska. Ukázalo sa, že za rok a pol prišlo z bane 700 ton ochudobneného uránu a celkový nedostatok 23:> a surovín dodaných do francúzskych jadrových elektrární predstavoval 200 kg.

Francúzski výskumníci (R. Bodiu, M. Nelli a ďalší) naliehavo zverejnili správu, že objavili prírodný jadrový reaktor. Potom boli v mnohých časopisoch prezentované výsledky komplexnej štúdie neobvyklého ložiska Oklo.

Pred približne 2 miliardami 600 miliónmi rokov ( Archejská éra) na území dnešného Gabonu a jeho susedných afrických štátov vznikla obrovská žulová doska dlhá mnoho desiatok kilometrov. Tento dátum bol určený pomocou rádioaktívnych hodín - akumuláciou argónu z draslíka, stroncia - z rubídia, olova - z uránu.

Počas nasledujúcich 500 miliónov rokov bol tento blok zničený a zmenil sa na piesok a hlinu. Boli odplavené riekami a vo forme zrážok nasýtené organickej hmoty, usadený vo vrstvách v delte starovekej obrovskej rieky. V priebehu desiatok miliónov rokov sa hrúbka sedimentov zväčšila natoľko, že spodné vrstvy boli v hĺbke niekoľkých kilometrov. prenikli cez ne Podzemná voda, v ktorom boli rozpustené soli, vrátane niektorých uranylových solí (UOy + ión). Vo vrstvách nasýtených organickou hmotou boli podmienky na redukciu šesťmocného uránu na štvormocný, ktorý sa vyzrážal. Postupne bolo uložených mnoho tisíc ton uránu vo forme rudných „šošoviek“ veľkých desiatok metrov. Obsah uránu v rude dosiahol 30, 40, 50 % a naďalej rástol.

V určitom okamihu sa vytvorili všetky podmienky potrebné na spustenie reťazovej reakcie, ktoré sú opísané vyššie, a prírodný reaktor začal pracovať. Koncentrácia izotopu 235 bola v tom čase 4,1 %. Tok neutrónov vzrástol stámiliónkrát. To viedlo nielen k vyhoreniu 23o, ale ukázalo sa, že ložisko Oklo je súborom mnohých izotopových anomálií. V dôsledku práce prírodných

Ryža. 4.4.

reaktor vyprodukoval asi 6 ton štiepnych produktov a 2,5 tony plutónia. Väčšina rádioaktívneho odpadu je „pochovaná“ v kryštalickej štruktúre uranitového minerálu, ktorý sa nachádza v telese Oklo.

Ukázalo sa, že prírodný reaktor fungoval asi 500 tisíc rokov. Na základe vyhorenia izotopov bola vypočítaná aj energia generovaná prírodným reaktorom - 13 000 000 kW, v priemere len 25 kW/h: 200-krát menej ako mala prvá jadrová elektráreň na svete, ktorá dodávala elektrinu v roku 1954. mesto neďaleko Moskvy Obninsk. Táto energia však stačila na to, aby teplota ložiska Oklo dosiahla 400-600 °C. Jadrové výbuchy nebol v depozite. Je to pravdepodobne preto, že prírodný reaktor Oklo bol samoregulačný. Keď sa Kp neutrónov priblížilo k jednote, teplota sa zvýšila a voda, moderátor neutrónov, opustila reakčnú zónu. Reaktor sa zastavil, ochladil a voda opäť nasýtila rudu – reťazová reakcia sa opäť obnovila. Doba periodickej prevádzky reaktora pred odstavením je cca 30 minút, doba chladenia reaktora je 2,5 hodiny.

V súčasnosti je vytvorenie prirodzeného jadrového reaktora na Zemi nemožné, ale prebiehajú pátrania po pozostatkoch iných prírodných jadrových reaktorov.

Jedna z hypotéz o cudzom pôvode človeka hovorí, že v nepamäti Slnečnú sústavu navštívila expedícia rasy z centrálny región galaxie, kde sú hviezdy a planéty oveľa staršie, a preto tam život vznikol oveľa skôr.

Najprv sa vesmírni cestovatelia usadili na Phaethone, ktorý sa kedysi nachádzal medzi Marsom a Jupiterom, no rozpútali sa tam jadrovej vojny a planéta zomrela. Zvyšky tejto civilizácie sa usadili na Marse, no aj tam atómová energia zabila väčšinu obyvateľstva. Potom zvyšní kolonisti dorazili na Zem a stali sa našimi vzdialenými predkami.

Túto teóriu môže potvrdiť úžasný objav pred 45 rokmi v Afrike. V roku 1972 ťažila francúzska spoločnosť v bani Oklo v Gabonskej republike uránová ruda. Potom počas štandardná analýza vzorky rudy, odborníci zistili pomerne veľký nedostatok uránu-235 – chýbalo viac ako 200 kilogramov tohto izotopu. Francúzi okamžite vyhlásili poplach, pretože nezvestní rádioaktívna látka by stačilo na výrobu viac ako jednej atómovej bomby.

Ďalšie vyšetrovanie však ukázalo, že koncentrácia uránu-235 v gabonskej bani je rovnako nízka ako vo vyhoretom palive z reaktora jadrovej elektrárne. Je to nejaký jadrový reaktor? Rozbor rudných telies v nezvyčajnom ložisku uránu ukázal, že jadrové štiepenie v nich prebiehalo už pred 1,8 miliardami rokov. Ale ako je to možné bez ľudského zásahu?

Prírodný jadrový reaktor?

O tri roky neskôr v hlavnom meste Gabonu Libreville, vedecká konferencia venovaný fenoménu Oklo. Najodvážnejší vedci sa potom domnievali, že záhadný jadrový reaktor bol výsledkom starodávna rasa, ktorá podliehala jadrovej energetike. Väčšina prítomných sa však zhodla na tom, že baňa je jediným „prírodným jadrovým reaktorom“ na planéte. Začalo to mnoho miliónov rokov samo od seba kvôli prírodným podmienkam.

Ľudia oficiálna veda predpokladá sa, že vrstva pieskovca bohatá na rádioaktívnu rudu bola uložená na pevnom čadičovom dne v delte rieky. Vplyvom tektonickej činnosti v tomto regióne bol čadičový suterén s uránonosným pieskovcom zapustený niekoľko kilometrov do zeme. Pieskovec vraj praskal, a podzemná voda. Jadrové palivo sa v bani nachádzalo v kompaktných ložiskách vo vnútri moderátora, ktorý slúžil ako voda. V hlinených „šošovkách“ rudy sa koncentrácia uránu zvýšila z 0,5 percenta na 40 percent. Hrúbka a hmotnosť vrstiev v určitý moment dosiahol kritický bod, nastala reťazová reakcia a „prírodný reaktor“ začal pracovať.

Voda ako prirodzený regulátor vstúpila do jadra a spustila sa reťazová reakciaštiepenie jadier uránu. Emisie energie viedli k vyparovaniu vody a reakcia sa zastavila. Keď sa však o pár hodín neskôr, keď jadro reaktora vytvoreného prírodou ochladilo, cyklus sa zopakoval. Následne pravdepodobne došlo k novému prírodná katastrofa, ktorý túto „inštaláciu“ zdvihol na pôvodnú úroveň, alebo urán-235 jednoducho vyhorel. A prevádzka reaktora sa zastavila.

Vedci vypočítali, že hoci sa energia vyrábala pod zemou, jej výkon bol malý – nie viac ako 100 kilowattov, čo by stačilo na prevádzku niekoľkých desiatok hriankovačov. Pôsobivý je však samotný fakt, že v prírode spontánne nastala tvorba atómovej energie.

Alebo je to jadrové úložisko?

Mnohí odborníci však na takéto fantastické náhody neveria. Objavitelia atómovej energie už dávno dokázali, že jadrovú reakciu možno získať len umelo. Prírodné prostredie je príliš nestabilné a chaotické na to, aby podporovalo takýto proces milióny a milióny rokov.

Preto sa mnohí odborníci domnievajú rozprávame sa nie o jadrovom reaktore v Oklo, ale o jadrovom ulozeni. Toto miesto naozaj vyzerá skôr ako skládka vyhoreného uránového paliva a skládka je perfektne vybavená. Urán, zakrytý v čadičovom „sarkofágu“, bol stovky miliónov rokov skladovaný pod zemou a na povrch sa objavil iba ľudský zásah.

Ale keďže je tam pohrebisko, znamená to, že tam bol aj reaktor, ktorý vyrábal jadrovú energiu! To znamená, že niekto, kto obýval našu planétu pred 1,8 miliardami rokov, už mal technológiu jadrovej energie. kam toto všetko zmizlo?

Naša technokratická civilizácia nie je podľa alternatívnych historikov ani zďaleka prvá na Zemi. Existujú všetky dôvody domnievať sa, že to tak bolo vysoko rozvinuté civilizácie ktorí použili jadrovú reakciu na výrobu energie. Avšak, rovnako ako ľudstvo dnes, naši vzdialení predkovia premenili túto technológiu na zbraň a potom sa s ňou zabili. Je možné, že aj naša budúcnosť je vopred určená a po niekoľkých miliardách rokov potomkovia súčasnej civilizácie narazia na skládky jadrového odpadu, ktoré sme tu zanechali, a budú sa čudovať: odkiaľ sa vzali? ..

Pri rutinnom rozbore vzoriek uránovej rudy vyšla najavo veľmi zvláštna skutočnosť – percento uránu-235 bolo pod normálom. Prírodný urán obsahuje tri izotopy, ktoré sa líšia atómové hmotnosti. Najbežnejší je urán-238, najvzácnejší je urán-234 a najzaujímavejší je urán-235, ktorý podporuje jadrovú reťazovú reakciu. Všade a vo vnútri zemská kôra a na Mesiaci a dokonca aj v meteoritoch - atómy uránu-235 tvoria 0,720% Celkom urán. Ale vzorky z ložiska Oklo v Gabone obsahovali len 0,717 % uránu-235. Táto malá nezrovnalosť stačila na to, aby upozornila francúzskych vedcov. Daľší výskum ukázali, že chýbalo asi 200 kg rudy - dosť na výrobu pol tucta jadrových bômb.

Otvorená uránová jama v Oklo v Gabone odkryla viac ako tucet zón, kde kedysi prebiehali jadrové reakcie.

Špecialisti Francúzskej komisie pre atómovú energiu boli zmätení. Odpoveďou bol 19 rokov starý článok, v ktorom George W. Wetherill z Kalifornskej univerzity v Los Angeles a Mark G. Inghram z Chicagskej univerzity navrhli existenciu prírodných jadrových reaktorov v dávnej minulosti. Čoskoro Paul K. Kuroda, chemik z University of Arkansas, identifikoval „nevyhnutné a postačujúce“ podmienky na to, aby sa v tele uránového ložiska spontánne vyskytol samoudržateľný proces štiepenia.

Podľa jeho výpočtov by veľkosť vkladu mala presiahnuť priemerná dĺžka dosah neutrónov, ktoré spôsobujú štiepenie (asi 2/3 metra). Potom budú neutróny emitované jedným štiepnym jadrom absorbované iným jadrom predtým, ako opustia uránovú žilu.

Koncentrácia uránu-235 musí byť dostatočne vysoká. Dnes sa ani veľké ložisko nemôže stať jadrovým reaktorom, pretože obsahuje menej ako 1 % uránu-235. Tento izotop sa rozkladá asi šesťkrát rýchlejšie ako urán-238, z čoho vyplýva, že v dávnej minulosti, napríklad pred 2 miliardami rokov, bolo množstvo uránu-235 asi 3 % – približne rovnako ako v obohatenom uráne používanom ako palivo v väčšina jadrových elektrární. Je tiež potrebné mať látku schopnú moderovať neutróny emitované pri štiepení jadier uránu tak, aby účinnejšie spôsobovali štiepenie iných jadier uránu. Nakoniec, masa rudy nesmie obsahovať značné množstvo bóru, lítia alebo iných takzvaných jadrových jedov, ktoré aktívne pohlcujú neutróny a spôsobili by rýchle zastavenie akejkoľvek jadrovej reakcie.

Prírodné štiepne reaktory boli nájdené iba v srdci Afriky, v Gabone, v Oklo a susedných uránových baniach v Okelobondo a v lokalite Bangombe, vzdialenej asi 35 km.

Vedci zistili, že podmienky vytvorené pred 2 miliardami rokov do 16 oddelené sekcie tak v Oklo, ako aj v susedných uránových baniach v Okelobondo, boli veľmi blízko tomu, čo opísal Kuroda (pozri „Divine Reactor“, „In the World of Science“, č. 1, 2004). Hoci všetky tieto zóny boli objavené pred desiatkami rokov, bolo to len nedávno, čo sa nám konečne podarilo zistiť, čo sa deje vo vnútri jedného z týchto starých reaktorov.

Kontrola pomocou svetelných prvkov

Čoskoro fyzici potvrdili predpoklad, že pokles obsahu uránu-235 v Oklo bol spôsobený štiepnymi reakciami. Nesporný dôkaz sa objavil pri štúdiu prvkov vznikajúcich pri štiepení ťažké jadro. Koncentrácia produktov rozkladu sa ukázala byť taká vysoká, že takýto záver bol jediný pravdivý. Pred 2 miliardami rokov tu prebehla jadrová reťazová reakcia, podobná tej, ktorú v roku 1942 brilantne predviedol Enrico Fermi a jeho kolegovia.

Fyzici na celom svete študovali dôkazy o existencii prírodných jadrových reaktorov. Vedci prezentovali výsledky svojej práce o „fenoméne Oklo“ na špeciálnej konferencii v hlavnom meste Gabonu, Libreville, v roku 1975. ďalší rok George A. Cowan, ktorý na stretnutí zastupoval Spojené štáty americké, napísal článok pre Scientific American (pozri „A Natural Fission Reactor“, George A. Cowan, júl 1976).

Cowan zhrnul informácie a opísal koncept toho, čo sa dialo na tomto úžasnom mieste: niektoré neutróny emitované pri štiepení uránu-235 sú zachytené jadrami bežnejšieho uránu-238, ktorý sa mení na urán-239, a po emisia dvoch elektrónov sa zmení na plutónium-239. Takže v Oklo sa vytvorili viac ako dve tony tohto izotopu. Potom sa časť plutónia štiepila, čo dokazuje prítomnosť charakteristických štiepnych produktov, čo viedlo výskumníkov k záveru, že tieto reakcie museli pokračovať stovky tisíc rokov. Na základe množstva použitého uránu-235 vypočítali množstvo uvoľnenej energie - asi 15-tisíc MW-rokov. Podľa tohto a ďalších dôkazov sa ukázal priemerný výkon reaktora pod 100 kW, to znamená, že by stačil na prevádzku niekoľkých desiatok hriankovačov.

Ako vzniklo viac ako tucet prírodných reaktorov? Čo zaisťovalo ich stálu moc na niekoľko stoviek tisícročí? Prečo sa nezničili hneď po začatí jadrových reťazových reakcií? Aký mechanizmus poskytol potrebnú samoreguláciu? Boli reaktory prevádzkované nepretržite alebo prerušovane? Odpovede na tieto otázky sa neobjavili okamžite. A ďalej posledná otázka Podarilo sa mi to vrhnúť celkom nedávno, keď sme s kolegami začali študovať vzorky záhadnej africkej rudy na Washingtonskej univerzite v St.

Rozdelenie do detailov

Jadrové reťazové reakcie začínajú, keď jeden voľný neutrón zasiahne jadro štiepneho atómu, ako je urán-235 (vľavo hore). Jadro sa rozdelí, vytvorí dva menšie atómy a vyžaruje ďalšie neutróny, ktoré odletia vysoká rýchlosť a musia sa spomaliť skôr, ako môžu spôsobiť štiepenie iných jadier. V ložisku v Oklo, rovnako ako v moderných jadrových reaktoroch na ľahká voda retardérom bola obyčajná voda. Rozdiel je v systéme regulácie: zap jadrové elektrárne Používajú sa tyče absorbujúce neutróny a reaktory v Oklo sa jednoducho zahrievali, kým sa voda nevyvarila.

Čo skrýval vzácny plyn?

Naša práca na jednom z reaktorov v Oklo bola venovaná analýze xenónu, ťažkého inertného plynu, ktorý môže zostať uväznený v mineráloch miliardy rokov. Xenón má deväť stabilných izotopov, ktoré sa vyskytujú v rôzne množstvá v závislosti od povahy jadrových procesov. Ako vzácny plyn chemicky nereaguje s inými prvkami, a preto sa ľahko čistí na izotopovú analýzu. Xenón je extrémne vzácny, čo umožňuje jeho použitie na detekciu a sledovanie jadrových reakcií, aj keď k nim došlo pred zrodom slnečnej sústavy.

Atómy uránu-235 tvoria asi 0,720 % prírodného uránu. Takže keď robotníci zistili, že urán spoločnosti Oklo obsahuje niečo vyše 0,717 %, boli prekvapení.Toto číslo sa skutočne výrazne líši od iných vzoriek uránovej rudy (vyššie). Zdá sa, že v minulosti bol pomer uránu-235 k uránu-238 oveľa vyšší, keďže polčas rozpadu uránu-235 je oveľa kratší. Za takýchto podmienok je možná štiepna reakcia. Keď sa pred 1,8 miliardami rokov vytvorili ložiská uránu v Oklo, prirodzené množstvo uránu-235 bolo asi 3 %, rovnako ako v palive jadrových reaktorov. Keď sa Zem sformovala asi pred 4,6 miliardami rokov, tento pomer bol viac ako 20 %, čo je úroveň, pri ktorej sa dnes urán považuje za „kvalitné zbrane“.

Na analýzu izotopového zloženia xenónu potrebujete hmotnostný spektrometer, zariadenie, ktoré dokáže triediť atómy podľa ich hmotnosti. Mali sme šťastie, že sme mali prístup k mimoriadne presnému xenónovému hmotnostnému spektrometru, ktorý postavil Charles M. Hohenberg. Najprv sme však museli extrahovať xenón z našej vzorky. Minerál obsahujúci xenón sa zvyčajne zahrieva nad bod topenia, čo spôsobí rozpad kryštálovej štruktúry a už nie je schopný zadržať plyn, ktorý obsahuje. Ale musíme zbierať viac informácií, použil jemnejšiu metódu - laserovú extrakciu, ktorá vám umožňuje dostať sa ku xenónu v určitých zrnách a ponecháva oblasti susediace s nimi nedotknuté.

Opracovali sme veľa malých častí jedinej vzorky horniny, ktorú máme od spoločnosti Oklo, len 1 mm hrubé a 4 mm široké. Na presné zameranie laserového lúča sme použili podrobnú röntgenovú mapu objektu, ktorú vytvorila Olga Pradivtseva, ktorá tiež identifikovala minerály, ktoré tvoria objekt. Po extrakcii sme vyčistili uvoľnený xenón a analyzovali ho v Hohenbergovom hmotnostnom spektrometri, ktorý nám poskytol počet atómov každého izotopu.

Tu nás čakalo niekoľko prekvapení: po prvé, v zrnách minerálov bohatých na urán nebol žiadny plyn. Väčšinu z neho zachytili minerály obsahujúce fosforečnan hlinitý – zistilo sa, že majú najvyššiu koncentráciu xenónu, aká sa kedy v prírode našla. Po druhé, extrahovaný plyn sa výrazne líšil v izotopovom zložení od toho, ktorý sa bežne tvorí v jadrových reaktoroch. Prakticky v ňom chýbal xenón-136 a xenón-134, pričom obsah ľahších izotopov prvku zostal rovnaký.

Ukázalo sa, že xenón extrahovaný zo zŕn fosforečnanu hlinitého vo vzorke Oklo má zvláštne izotopové zloženie (vľavo), ktoré sa nezhoduje so zložením vznikajúcim štiepením uránu-235 (v strede) a nepripomína izotopové zloženie atmosférického xenónu ( správny). Najmä množstvá xenónu-131 a -132 sú vyššie a množstvá -134 a -136 sú nižšie, ako by sa dalo očakávať pri štiepení uránu-235. Aj keď tieto pozorovania spočiatku autora zmiatli, neskôr si uvedomil, že obsahujú kľúč k pochopeniu fungovania tohto starovekého jadrového reaktora.

Aký je dôvod takýchto zmien? Možno je to výsledok jadrových reakcií? Dôkladná analýza umožnila mojim kolegom a mne túto možnosť zamietnuť. Pozreli sme sa aj na fyzické triedenie rôznych izotopov, čo sa niekedy stáva, pretože ťažšie atómy sa pohybujú o niečo pomalšie ako ich ľahšie náprotivky. Táto vlastnosť sa využíva v zariadeniach na obohacovanie uránu na výrobu paliva do reaktorov. Ale aj keby príroda dokázala implementovať takýto proces v mikroskopickom meradle, zloženie zmesi izotopov xenónu v zrnách fosforečnanu hlinitého by sa líšilo od toho, čo sme našli. Napríklad, merané v pomere k množstvu xenónu-132, pokles obsahu xenónu-136 (ťažší o 4 atómové jednotky hmotnosť) by bol dvakrát toľko ako pre xenón-134 (ťažší o 2 jednotky atómovej hmotnosti), ak by fungovalo fyzické triedenie. Nič podobné sme však nevideli.

Po analýze podmienok pre vznik xenónu sme si všimli, že žiadny z jeho izotopov nebol priamym výsledkom štiepenia uránu; všetko to boli produkty rozpadu rádioaktívnych izotopov jódu, ktoré zase vznikli z rádioaktívneho telúru atď., podľa známeho sledu jadrových reakcií. V tomto prípade sa rôzne izotopy xenónu v našej vzorke z Oklo objavili v rôznych časoch. Čím dlhšie konkrétny rádioaktívny prekurzor žije, tým je vznik xenónu z neho oneskorený. Napríklad tvorba xenónu-136 začala len minútu po začiatku samoudržiavacieho štiepenia. O hodinu neskôr sa objaví ďalší ľahší stabilný izotop, xenón-134. Potom, o pár dní neskôr, sa na scéne objavia xenón-132 a xenón-131. Nakoniec, po miliónoch rokov a oveľa neskôr ako po ukončení jadrových reťazových reakcií, vzniká xenón-129.

Ak by ložiská uránu v Oklo zostali uzavretým systémom, xenón nahromadený počas prevádzky jeho prírodných reaktorov by si zachoval normálne izotopové zloženie. Ale systém nebol uzavretý, o čom svedčí aj fakt, že reaktory Oklo sa nejako regulovali samy. Najpravdepodobnejším mechanizmom je účasť podzemnej vody na tomto procese, ktorá sa po dosiahnutí určitej kritickej teploty vyvarí. Keď sa voda, ktorá fungovala ako moderátor neutrónov, vyparila, jadrové reťazové reakcie sa dočasne zastavili a po ochladení všetkého a opätovnom preniknutí dostatočného množstva podzemnej vody do reakčnej zóny sa štiepenie mohlo obnoviť.

Tento obrázok odhaľuje dva dôležité momenty: reaktory môžu pracovať prerušovane (zapínanie a vypínanie); prostredníctvom tohto skala museli prejsť veľké množstvá vody, dostatočné na vyplavenie niektorých prekurzorov xenónu, konkrétne telúru a jódu. Prítomnosť vody tiež pomáha vysvetliť prečo väčšina xenón sa teraz nachádza skôr v zrnách fosforečnanu hlinitého než v horninách bohatých na urán. Zrná fosforečnanu hlinitého vznikli pravdepodobne pôsobením vody zohriatej jadrovým reaktorom po ochladení na približne 300 °C.

Počas každej aktívnej periódy reaktora Oklo a ešte nejaký čas potom, kým teplota zostala vysoká, sa z reaktora odstránila väčšina xenónu (vrátane xenónu-136 a -134, ktoré vznikajú relatívne rýchlo). Keď sa reaktor ochladil, prekurzory xenónu s dlhšou životnosťou (tie, z ktorých neskôr vznikol xenón-132, -131 a -129, ktoré sme našli vo väčšom množstve) sa začlenili do rastúcich zŕn fosforečnanu hlinitého. Potom, keď sa do reakčnej zóny vrátilo viac vody, neutróny sa spomalili na správny stupeň a štiepna reakcia sa začala znova, čo prinútilo cyklus zahrievania a chladenia opakovať. Výsledkom bola špecifická distribúcia izotopov xenónu.

Nie je celkom jasné, aké sily udržali tento xenón v mineráloch fosforečnanu hlinitého takmer polovicu života planéty. Najmä prečo xenón, ktorý sa objavil v danom cykle prevádzky reaktora, nebol vytlačený počas nasledujúceho cyklu? Štruktúra fosforečnanu hlinitého bola pravdepodobne schopná zadržať xenón vytvorený vo vnútri aj pri vysokých teplotách.

Pokusy vysvetliť nezvyčajné izotopové zloženie xenónu v Oklo si vyžadovali zváženie aj iných prvkov. Osobitná pozornosť priťahoval jód, z ktorého pri rádioaktívnom rozpade vzniká xenón. Modelovanie procesu tvorby štiepnych produktov a ich rádioaktívneho rozpadu ukázalo, že špecifické izotopové zloženie xenónu je dôsledkom cyklického pôsobenia reaktora.Tento cyklus je znázornený na troch vyššie uvedených diagramoch.

harmonogram prác v prírode

Po vypracovaní teórie pôvodu xenónu v zrnách fosforečnanu hlinitého sme sa pokúsili implementovať tento proces do matematického modelu. Naše výpočty v prevádzke reaktora mnohé objasnili a získané údaje o izotopoch xenónu viedli k očakávaným výsledkom. Reaktor v Oklo bol "zapnutý" na 30 minút a "vypnutý" na 30 minút najmenej po dobu 2,5 hodiny. Niektoré gejzíry fungujú podobným spôsobom: pomaly sa zahrievajú, varia, vyvrhujú časť podzemnej vody, pričom tento cyklus opakujú deň čo deň, rok čo rok. Podzemná voda prechádzajúca ložiskom Oklo tak mohla pôsobiť nielen ako moderátor neutrónov, ale aj „regulovať“ chod reaktora. Bol to mimoriadne účinný mechanizmus, ktorý chránil štruktúru pred roztopením alebo výbuchom po státisíce rokov.

Jadroví inžinieri sa majú od spoločnosti Oklo čo učiť. Napríklad ako nakladať s jadrovým odpadom. Oklo je príkladom dlhodobého geologického úložiska. Vedci preto podrobne študujú procesy migrácie štiepnych produktov z prírodných reaktorov v priebehu času. Pozorne študovali aj tú istú starovekú štiepnu zónu v lokalite Bangombe, asi 35 km od Okla. Reaktor Bangombe je obzvlášť zaujímavý, pretože je plytší ako Oklo a Okelobondo a donedávna ním prešlo viac vody. Takéto úžasné predmety podporujú hypotézu, že mnohé druhy nebezpečného jadrového odpadu možno úspešne izolovať v podzemných skladovacích zariadeniach.

Príklad spoločnosti Oklo tiež ukazuje, ako sa skladujú niektoré z najnebezpečnejších druhov jadrového odpadu. Od začiatku priemyselného využitia jadrová energia obrovské množstvo výsledného produktu jadrové zariadenia rádioaktívne inertné plyny (xenón-135, kryptón-85 atď.). V prírodných reaktoroch sú tieto odpadové produkty zachytávané a zadržiavané po miliardy rokov minerálmi obsahujúcimi fosforečnan hlinitý.

Staroveké reaktory typu Oklo môžu mať tiež vplyv na pochopenie základov fyzikálnych veličín, napríklad fyzikálna konštanta, označená písmenom α (alfa), spojená s takými univerzálnymi veličinami, ako je rýchlosť svetla (pozri „Nekonštantné konštanty“, „Vo svete vedy“, č. 9, 2005) . Počas tri desaťročia fenomén Oklo (starý 2 miliardy rokov) bol použitý ako argument proti zmenám v α. Ale minulý rok Steven K. Lamoreaux a Justin R. Torgerson z Los Alamos National Laboratory zistili, že táto „konštanta“ sa značne líši.

Sú tieto staroveké reaktory v Gabone jediné, ktoré kedy na Zemi vznikli? Pred dvoma miliardami rokov neboli podmienky potrebné na samoudržiavanie štiepenia príliš zriedkavé, takže možno raz budú objavené ďalšie prírodné reaktory. A výsledky rozboru xenónu zo vzoriek by pri tomto pátraní mohli veľmi pomôcť.

„Fenomén Oklo pripomína výrok E. Fermiho, ktorý postavil prvý jadrový reaktor, a P.L. Kapitsa, ktorý nezávisle tvrdil, že niečo také je schopný vytvoriť iba človek. Staroveký prírodný reaktor však tento názor vyvracia a potvrdzuje myšlienku A. Einsteina, že Boh je sofistikovanejší...“
S.P. Kapitsa

O autorovi:
Alex Meshik(Alex P. Meshik) absolvoval Fyzikálna fakulta Leningradský štátna univerzita. V roku 1988 obhájil dizertačnej práce na Ústave geochémie a analytická chémia ich. IN AND. Vernadského. Jeho dizertačná práca bola o geochémii, geochronológii a jadrovej chémii vzácnych plynov xenónu a kryptónu. V roku 1996 začal Meshik pracovať v laboratóriu vesmírny výskum na Washington University v St. Louis, kde v súčasnosti študuje vzácne plyny slnečný vietor zhromaždené a doručené na Zem kozmickou loďou Genesis.

Článok prevzatý zo stránky