Kas paleido reaktorių? Visiems šokas ()
„Įsijungė“ ir veikė.
© https://pixabay.com/photos/nuclear-atom-bomb-atomic-science-2136244/
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
1972 m. gegužę Prancūzijos branduolinio kuro perdirbimo įrenginio tyrėjai, tikrindami įprastus urano mėginius, pastebėjo kažką neįprasto. Fiziką Francisą Perriną ir jo kolegas nustebino tai, kad urano rūdoje iš Oklo kasyklos Gabone trūko dalies izotopo U-235 – vienos svarbiausių natūralaus urano sudedamųjų dalių.
Paprastai U-235 natūraliai sudaro apie 0,7200 % viso urano (pagal TATENA duomenis). Tačiau Oklo mėginiuose jo buvo tik 0,7171 %. Skirtumas labai mažas, vos 0,0029 procentinio punkto, tačiau tai gerokai viršijo normalias natūralias variacijas, kurios paprastai neviršija ±0,0001 %.
Toks neatitikimas negalėjo būti atsitiktinis — reikėjo paaiškinimo. Tyrimams tęsiantis paaiškėjo, kad situacija dar labiau stebinanti. Prancūzijos branduolinės energetikos komisijos (CEA) mokslininkai kituose Oklo mėginiuose aptiko dar mažesnę U-235 koncentraciją — vos 0,44 %, kaip 1993 m. rašė JAV Branduolinės draugijos žurnalas „Re-Actions“.
Tokį uraną galima palyginti su išeikvotu uranu, kuris susidaro po urano sodrinimo proceso. Tai reiškė, kad didžiuliai U-235 kiekiai kažkur „išnyko“ — pakankamai dideli, kad teoriškai būtų galima pagaminti kelias branduolines bombas.
|
Kaip pažymi „Scientific American“, šis keistas neatitikimas paskatino vieną svarbiausių mokslinių tyrimų branduolinės fizikos istorijoje — bandymą išsiaiškinti, kas nutiko Oklo urano telkiniuose.
Ar tai reiškė, kad kažkas slapta klastojo urano rūdą? Jei mokslininkai nebūtų radę paaiškinimo, situacija būtų buvusi labai nemaloni — blogiausiu atveju galėjo kilti net įtarimų branduoliniu terorizmu. Laimei, tikrasis atsakymas buvo ne tik ne toks grėsmingas, bet ir pribloškiantis.
Paaiškinimas rastas po kelių mėnesių
1972 m. rugsėjo pabaigoje Prancūzijos branduolinės energetikos komisijos vadovas André Giraudas galėjo paskelbti neįtikėtiną atradimą: maždaug prieš 1,7 milijardo metų Oklo vietovėje Gabone natūraliai veikė branduolinis reaktorius.
Tai nebuvo žmogaus sukurtas įrenginys. Tai — gamtos reiškinys, kuris pats „įsijungė“ ir veikė tūkstančius metų.
Kadangi reaktoriuje skilimas sunaudoja U-235 izotopą, visiškai logiška, kad šio izotopo koncentracija rūdoje buvo sumažėjusi. Tai ir paaiškino keistą, „išnykusį“ U-235 kiekį.
Kasykloje aptikti 16 natūralių reaktorių
Vėlesni tyrimai parodė, kad Oklo ir netoliese esančioje Okelobondo kasykloje buvo net 16 senovinių natūralių branduolinių reaktorių zonų. Kai kurios jų buvo sunaikintos kasant rūdą, bet pakako duomenų, kad mokslininkai suprastų visą procesą.
Kaip susidarė natūralus reaktorius?
Reaktorius galėjo susiformuoti tik dėl labai specifinių sąlygų:
- urano rūda buvo pakankamai koncentruota, kad galėtų prasidėti branduolinis skilimas;
- rūdos sluoksniai buvo įsiterpę į akytą smiltainį, kuris leido cirkuliuoti vandeniui;
- vanduo galėjo laisvai prasiskverbti į uolieną, veikdamas kaip neutronų lėtintuvas.
Vanduo čia atliko tokį pat vaidmenį, kaip šiuolaikinėse atominėse elektrinėse —jis veikė kaip neutronų lėtintuvas ir leido vykti kontroliuojamai grandininei reakcijai.
Kai vanduo įtekėdavo, reakcija sustiprėdavo. Kai užkaisdavo ir vanduo išgaruodavo, reakcija susilpnėdavo. Taip gamta pati reguliavo „reaktoriaus“ darbą.
Įrodymai, kad tai ne žmogaus darbas
Kad tai buvo natūralus procesas, o ne slapta žmonių veikla, patvirtino kitų elementų izotopų sudėtis. Urano branduoliams skilus, susidaro specifiniai produktai — izotopų proporcijų deriniai, kurie būdingi tik branduolinei reakcijai.
Oklo rūdos neodimio ir rutenio izotopai:
- buvo neįprasti natūraliame urane,
- bet visiškai tiksliai atitiko branduolinio skilimo produktus.
Tai – akivaizdus įrodymas, kad Oklo branduoliniai reaktoriai buvo tikri ir natūralūs, o ne žmogaus suklastota anomalija.
Pagal kai kurias mokslines ataskaitas, Oklo urano rūdoje buvo aptikta ir kitų izotopų anomalijų: cerio ir samario izotopų santykiai taip pat rodė branduolinio skilimo požymius.
Idėja apie natūralų reaktorių atsirado dar 1956 m.
Mintį, kad Žemėje gali egzistuoti natūralūs branduoliniai reaktoriai, dar 1956 m. iškėlė japonų kilmės amerikiečių chemikas Paulas Kuroda. Tačiau tik po Oklo atradimo 1972 m. paaiškėjo, jog jo teorija visiškai pasitvirtino.
Kodėl natūralūs reaktoriai galėjo veikti tik prieš milijardus metų?
Šiandien toks reiškinys būtų praktiškai neįmanomas. Natūraliame urane yra tik apie 0,7 % U-235, o to nepakanka, kad įvyktų savaime palaikoma grandininė reakcija.
Tačiau prieš 1,7 milijardo metų U-235 koncentracija buvo maždaug penkis kartus didesnė. Taip yra todėl, kad šis izotopas skyla daug greičiau nei U-238 — jo pusinės eliminacijos laikas yra apie 700 milijonų metų.
Tuometinė maždaug 3 % U-235 koncentracija labai panaši į tą, kuri šiandien naudojama žmogaus pastatytuose branduoliniuose reaktoriuose.
Kodėl Žemės istorijos pradžioje natūralių reaktorių nebuvo?
Nors ankstyvojoje Žemės istorijoje U-235 buvo dar daugiau, natūralių reaktorių susidarymo sąlygos tiesiog nebuvo tinkamos. Pagrindinis paaiškinimas — atmosferos sudėtis ir urano chemija.
Uranas esant deguoniui oksiduojasi iki +6 oksidacijos būsenos, o tokie junginiai yra gerai tirpūs vandenyje. Tirpus uranas gali būti plaunamas ir pernešamas dideliu atstumu, formuojant telkinius, kur jo koncentracija padidėja.
Tačiau ankstyvojoje Žemėje daugiau nei 2 milijardus metų nebuvo laisvo deguonies — uranas liko mažai tirpioje +4 oksidacijos būsenoje.
Dėl mažo tirpumo uranas negalėjo judėti, kauptis ir suformuoti pakankamai koncentruotų telkinių.
Tik pradėjus daugėti deguonies, prieš maždaug 2,4–2,0 mlrd. metų, uranas tapo tirpus ir galėjo kauptis tokiais kiekiais, kurie vėliau Oklo regione leido susidaryti natūraliam reaktoriui.
Oklo reaktoriaus galia ir veikimo laikas
Oklo natūralus branduolinis reaktorius turėjo maždaug 100 kW šiluminę galią — tai yra apie 10 000 kartų mažiau nei šiuolaikiniai komerciniai reaktoriai.
Kita vertus, jis veikė:
- nuolat arba cikliškai,
- šimtus tūkstančių metų,
- o tokio ilgaamžiškumo žmonių sukurti reaktoriai nepasiekia.
Šiandien — mokslinių vadovėlių klasika
Oklo fenomenas minimas fizikos ir branduolinės chemijos vadovėliuose visame pasaulyje. Tai — unikalus pavyzdys, leidžiantis suprasti, kaip atrodytų natūraliai susidaręs branduolinis reaktorius be jokios žmogaus įtakos.
Kur yra Oklo?
Oklo kasykla yra pietrytiniame Gabone, netoli Francevilio miesto, maždaug 2° pietų platumoje. Regionui būdingas drėgnas atogrąžų savanų klimatas, kuriame:
- sausasis sezonas trunka apie 3 mėnesius,
- lietingasis — apie 9 mėnesius.
