Уникален естествен ядрен реактор в Окло, история на отварянето му и принцип на действие

Всички сме свикнали с факта, че ядреният реактор е сложна инженерна структура, която е сравнително наскоро изобретен от човечеството и направен да носи ползи чрез контролиран ядрена реакция.

Но нашата природа е толкова уникална и разнообразна, че е създала свой собствен естествен ядрен реактор, който е успял да работи повече от сто години, а това е било преди почти два милиарда години. Историята на откритието и принципът на действие на този природен феномен ще бъдат обсъдени в днешния материал.

Как е открит естествен ядрен реактор

И така, през 1956 г. т. Нар. Студена война е в разгара си и всяка малко или много голяма страна се стреми да получи уран 235, за да влезе в затворения клуб на ядрените сили. Същото желание показа и Франция, но не успя да намери уранови находища на своята територия.

Но за щастие френските специалисти успяха да намерят богатия регион Окло в страна като Габон (Франция имаше власт над тази страна като метрополия). Но добивът на уран в това находище се оказа много странен. В края на краищата той изглеждаше така, сякаш вече е посетил работещ реактор.

Това стана известно след обичайния масспектрометричен анализ, извършен през 1972 г. в концентратора.

Просто инженерите бяха изправени пред уникален природен феномен - естествен ядрен реактор, който, както се оказа, е работил успешно около два милиарда години.

Принципът на ядрената реакция и полуживотът на уран 235

В природата могат да се намерят няколко изотопа на уран, но само уран 235 е подходящ за работа в ядрени реактори и за пълнене на ядрени бомби. Освен това периодът на полуразпад на този изотоп е 700 милиона години и в резултат на това разпадане се образува торий 231.

Но човек трябва само да повлияе на уран 235 с бавен неутрон, тъй като той веднага се разпада. Това прави този елемент толкова уникален.

В природата има много източници на неутронно излъчване, които са напълно способни да предизвикат реакция на разпад. Но те се движат твърде бързо, за да взаимодействат с уран 235, което означава, че трябва да преминат през етап на забавяне от външни влияния.

Оказва се, че ако поставите U235 в обикновена вода, той забавя достатъчно неутрони и те ще се абсорбират от уран 235. Така ще се получи изотопът уран 236, който е изключително нестабилен и бързо се разпада на барий 141 и криптон 92, както и на три високоенергийни неутрона.

Така че, веднага след като разпределените три неутрона се забавят от водата, те също могат да бъдат абсорбирани три изотопа на уран 235, които от своя страна също ще претърпят процес на разпадане с освобождаването на бързо неутрони. Това ще предизвика експоненциално нарастваща верижна реакция на ядрено делене.

Учените отдавна са се научили да извършват т. Нар. Анализ на въглерода, който се основава именно на определянето на остатъчната фракция на уран 235. В това отношение всичко е просто, ако знаете кога е образуван уран и че на всеки 700 милиона години делът му в рудата се намалява наполовина, тогава въпрос на технология е да се определи какво е съдържанието му в рудата.

Така че се смята, че тогава абсолютно целият уран на нашата планета се е образувал, след това нашето Слънце се е превърнало в свръхнова, тоест преди около 6 милиарда години. Въз основа на тези данни откриваме, че концентрацията на уран 235 в урановата руда на Земята трябва да бъде 0,72%.

Но анализът на рудата от находището Окло показа степен 0.717%. На пръв поглед разликата не е значителна, но предвид размера на депозита се изчислява, че в Окло липсват около 200 кг чист уран и това ще бъде достатъчно за минута, за да се създадат няколко атомни бомби.

Не мисля, че си струва да се каже, че нямаше граница за изненадата на французите, тъй като, предвид цялата политическа ситуация и разгръщащата се надпревара във въоръжаването между Съветския съюз и САЩ, „загубата“ на такова количество уран предизвика голямо безпокойство и много въпроси.

Но с по-задълбочено проучване на рудата в находището, учените откриха и голямо количество от така наречените продукти на разпадане на уран 235.

Това предполага, че добивания уран 235 вече е отработил в реактора и е върнат на земята.

И на пръв поглед това са пълни глупости, но по -нататъшната работа по находището показа, че това е уникален обект - единственият в света естествен ядрен реактор.

Принципът на действие на естествен ядрен реактор в Окло

Реакторът беше в активна фаза много дълго време, а именно преди около 2 милиарда години. Освен това по това време концентрацията на уран в рудата е била 3%, точно както в съвременните ядрени реактори.

Природата реши проблема с забавянето на неутроните за сметка на подземните води, тъй като се оказа, че урановата руда е потопена в слоя подземни води. И именно тази вода забави неутроните, които реагираха и предизвикаха ядрена верижна реакция.

И ако водата беше постоянно в "реактора", тогава непрекъснато нарастващата реакция щеше да премине в свръхкритично състояние и неизбежно щеше да възникне експлозия.

Но естественият реактор в Окло никога не е изпадал в такова критично състояние. В крайна сметка водата едновременно стартира реакцията и може да я спре.

Горната фигура показва напречно сечение на реактора Окло. Така преминаващата вода през реактора предизвика верижна реакция и направи тази зона много гореща, след което след известно време водата заври и се изпари. Така реакцията спря, тъй като нямаше нищо, което да забави неутроните.

Когато реакторът се охлади, в него отново се събира вода и реакцията започва. Реакторът остана в това "работещо" състояние в продължение на много години, докато концентрацията на уран спадна до такова ниво, че вече не беше възможно да се достигне критичното състояние.

Така работеше уникалният естествен реактор в Окло и учените дори изчислиха, че мощността му е около 100 kW.

Този факт показва, че на пръв поглед невъзможно явление в природата може да съществува и природата все още е изобретател.

Ако материалът ви е бил интересен, оценете го и не забравяйте да се абонирате за канала. Благодаря за вниманието!