Mnogi ljudi misle da je nuklearna energija izum čovječanstva, a neki čak vjeruju da krši zakone prirode. Ali nuklearna energija je zapravo prirodni fenomen i život ne bi mogao postojati bez nje. To je zato što je naše Sunce (i svaka druga zvijezda) samo po sebi ogromna elektrana koja osvjetljava Sunčev sistem kroz proces poznat kao nuklearna fuzija.

Ljudi, međutim, koriste drugačiji proces za stvaranje ove sile koja se zove nuklearna fisija, u kojoj se energija oslobađa cijepanjem atoma, a ne njihovim kombiniranjem, kao u procesu zavarivanja. Koliko god čovječanstvo izgledalo inventivno, priroda je već koristila ovu metodu. Na jednoj, ali dobro dokumentovanoj lokaciji, naučnici su pronašli dokaze da su prirodni fisijski reaktori stvoreni u tri nalazišta uranijuma u zapadnoafričkoj državi Gabon.

Prije dvije milijarde godina, nalazišta minerala bogata uranijumom počela su da se preplavljuju podzemnim vodama, uzrokujući samoodrživu nuklearnu lančanu reakciju. Gledajući nivoe određenih izotopa ksenona (nusproizvod procesa fisije uranijuma) u okolnom kamenu, naučnici su utvrdili da se prirodna reakcija odvijala tokom nekoliko stotina hiljada godina u intervalima od oko dva i po sata. .

Tako je prirodni nuklearni reaktor u Oklu radio stotinama hiljada godina sve dok većina fisijskog uranijuma nije iscrpljena. Dok je većina uranijuma u Oklu nefisilni izotop U238, samo 3% fisilnog izotopa U235 je potrebno da se pokrene lančana reakcija. Danas je procenat fisivnog uranijuma u naslagama oko 0,7%, što ukazuje da su se u njima relativno dugo odvijali nuklearni procesi. Ali upravo je tačna karakterizacija stijena iz Okla prva zbunila naučnike.

Niske nivoe U235 prvi su uočili zaposleni u fabrici za obogaćivanje uranijuma Pierrelate u Francuskoj 1972. godine. Prilikom rutinske masene spektrometrijske analize uzoraka iz rudnika Oklo, utvrđeno je da se koncentracija fisilnog izotopa uranijuma razlikuje za 0,003% od očekivane vrijednosti. Ova naizgled mala razlika bila je dovoljno značajna da upozori vlasti, koje su bile zabrinute da bi se nestali uranijum mogao koristiti za pravljenje nuklearnog oružja. Ali kasnije, iste godine, naučnici su pronašli odgovor na ovu zagonetku - bio je to prvi prirodni nuklearni reaktor na svijetu.

Godine 1972. otkriven je drevni nuklearni reaktor u Africi na teritoriji Republike Gabon. U početku su naučnici pronašli bogata ležišta uranijumske rude. Kada je provjeren njen sastav, pokazalo se da je ova ruda već korištena.

S obzirom na starost drevnog reaktora od 2 milijarde godina, ko bi ga mogao stvoriti za proizvodnju energije u tim dalekim vremenima? Najpouzdaniji odgovor je da je to učinila jedna od prošlih civilizacija ljudi na Zemlji.

Korišćene su ogromne rezerve uranijumske rude

Izvor rude uranijuma otkriven u Gabonu (oblast Oklo) najveći je izvor rude uranijuma na svijetu. Stoga je izazvao interesovanje naučnika u mnogim zemljama nakon poruke francuskih geologa. Počeli su da istražuju sastav uranijumske rude. Ispostavilo se da stijena sadrži mnogo uranijuma-238 i vrlo malo uranijuma-235, što zanima ljude.Uranijum-238 je u suštini istrošeno nuklearno gorivo.

Uzorci rude uranijuma iz Okla (Gabon).

Ko je izgradio najsloženiji nuklearni reaktor prije 2 milijarde godina? Složen dizajn reaktora u Africi sa svojih 16 agregata govori o visokom tehnološkom nivou njegovih kreatora u tim dalekim vremenima.

Milijunima godina, strukture zgrada nuklearnog reaktora mogle bi se raspasti u prah. Međutim, radioaktivni izotopi nastavljaju da emituju energiju nakon hiljada godina. Potrošeni uranijum-238 govori o hiljadama godina rada ogromnog nuklearnog reaktora. Mali ostaci uranijuma-235, koji se koristi u proizvodnji energije, ukazuju na mjesta skladištenja goriva za reaktor drevne civilizacije.

Postoje činjenice, ali nauka šuti o drevnom nuklearnom reaktoru

Tu počinje uobičajena priča, kada moderna nauka ne želi da prepozna činjenice, provodeći ih kao grešku. Ako se to ne može prepoznati kao greška, onda se te činjenice jednostavno zataškavaju. Šta se dogodilo sa drevnim nuklearnim reaktorom prošle civilizacije u Gabonu.

Verzije porijekla drevnog nuklearnog reaktora

prirodni nuklearni reaktor

Najčešća verzija naučnika je da je prirodni nuklearni reaktor pronađen u Oklu. Navodno bogate rude uranijuma bile su preplavljene vodom, što je izazvalo nuklearnu reakciju. Nije bilo razumljivih objašnjenja kako je "priroda" uspjela pokrenuti reaktor i održati njegov rad hiljadama godina.

U različitim dijelovima svijeta postoje nalazišta uranijuma-235, ali nije postojao prirodni nuklearni reaktor koji bi reproducirao rad barem jedne energetske jedinice. Podsjetimo, u Gabonu pronađeno 16 džepova istrošenog nuklearnog goriva!

Nigdje drugdje u svijetu nisu pronađene tako ogromne rezerve istrošenog uranijuma-238. Fizičari sumnjaju da je moguće proizvesti ovaj element u prirodnim uvjetima u takvim količinama. Do sada se fisija uranijuma izvodila samo u vještačkom okruženju uz pomoć osobe.

Vanzemaljsko nuklearno groblje

Ovu verziju podržava pogodna lokacija nalazišta uranijuma. Područje Oklo karakterizira stabilna površina Zemlje. Rezerve uranijuma počivaju u utrobi debele bazaltne ploče. Nema zemljotresa i drugih prirodnih katastrofa.

Vanzemaljci bi hipotetički mogli iskoristiti ovo područje da zakopaju ostatke nuklearne proizvodnje. Ali da li je to imalo smisla raditi na Zemlji? Sumnje dodaje prisustvo uranijuma-235, kao i 16 žarišta, koji podsjećaju na dizajn gigantskog, nekada operativnog, reaktora.

Narodne legende

Legende i usmena vjerovanja ljudi koji naseljavaju ovo područje govore o drevnoj rasi polubogova. U davna vremena, prema legendi, u provinciji Oklo živjela je razvijena moćna civilizacija koja je tražila blago u stijenama kako bi postala nepobjediva. Aboridžini smatraju mjesto gdje se nalazi drevni nuklearni reaktor misterioznim i mističnim.

Možda su naučnici trebali ozbiljnije da slušaju priče lokalnih stanovnika. Narodna mudrost ne nastaje od nule, već može poslužiti kao izvor znanja za otkrivanje tajni nauke i života.

Lekcije iz prošlih civilizacija

Danas postoje naučnici i istoričari koji shvataju da je ovu Zemlju nastanjivalo više od jedne naše civilizacije. Dovoljno je prisjetiti se jedinstvenih nalaza koji potvrđuju da ih je bilo , , civilizacija Maja, , čovječanstvo - koliko je tajanstvenih drevnih civilizacija naša planeta vidjela?

Već su pronađeni mnogi dokazi fenomena koji su izvan okvira moderne nauke. , supersile, drevne civilizacije – sve bi to moglo pomoći ljudima da shvate smisao svog boravka na Zemlji i spriječe tužan kraj našeg čovječanstva.

Koračajući putem odbacivanja božanskog principa sveta, naučnici sami sebe guraju u ćošak uskim okvirima naučnih dogmi. Namjeru Stvoritelja teško je razumjeti onima koji žive u svijetu stalnog nadmetanja i borbe. Ako odaberete put povratka svojim tradicijama, koje je Stvoritelj predao ljudima, možda ćete moći preživjeti, za razliku od mnogih drugih ranijih civilizacija na Zemlji.

U zapadnoj Africi, nedaleko od ekvatora, na području koje se nalazi na teritoriji države Gabon, naučnici su napravili neverovatno otkriće. To se dogodilo na samom početku 70-ih godina prošlog vijeka, ali do sada predstavnici naučne zajednice nisu došli do konsenzusa - šta je pronađeno?

Ležišta rude uranijuma su česta pojava, iako prilično rijetka. Međutim, pokazalo se da rudnik uranijuma otkriven u Gabonu nije samo nalazište vrijednog minerala, već je radio kao ... pravi nuklearni reaktor! Otkriveno je šest uranijumskih zona, u kojima je došlo do prave reakcije fisije uranijuma!

Istraživanja su pokazala da je reaktor pokrenut prije oko 1900 miliona godina i da je radio u načinu sporog ključanja nekoliko stotina hiljada godina.

Mišljenja predstavnika nauke o ovom fenomenu bila su podeljena. Većina stručnjaka stala je na stranu teorije prema kojoj se nuklearni reaktor u Gabonu pokrenuo spontano zbog slučajnog poklapanja uslova neophodnih za takav početak.

Međutim, nisu svi bili zadovoljni ovom pretpostavkom. I za to su postojali dobri razlozi. Mnoge stvari govore da je reaktor u Gabonu, iako nema dijelove koji su izvana slični kreacijama mislećih bića, ipak proizvod inteligentnih bića.

Pogledajmo neke činjenice. Tektonska aktivnost na području u kojem je reaktor pronađen bila je neobično visoka za vrijeme njegovog rada. Međutim, studije su pokazale da bi i najmanji pomak u slojevima tla nužno doveo do gašenja reaktora. Ali pošto je reaktor radio više od stotinu milenijuma, to se nije dogodilo. Ko ili šta je zamrznulo tektoniku za vrijeme rada reaktora? Možda su to uradili oni koji su ga pokrenuli? Dalje. Kao što je već spomenuto, podzemne vode su korištene kao moderator. Da bi se osigurao stalan rad reaktora, neko je morao regulisati snagu koju je on dao, jer bi u slučaju viška voda proključala i reaktor bi stao. Ove i neke druge tačke ukazuju na to da je reaktor u Gabonu stvar vještačkog porijekla. Ali ko je, zaboga, posjedovao takvu tehnologiju prije dvije milijarde godina?

Sviđalo se to vama ili ne, odgovor je jednostavan, iako pomalo banalan. To mogu samo vanzemaljci iz svemira. Sasvim je moguće da su do nas došli iz centralnog područja Galaksije, gdje su zvijezde mnogo starije od Sunca, a njihove planete starije. U tim svetovima život je imao priliku da nastane mnogo ranije, u vreme kada Zemlja još nije bila baš udoban svet.

Zašto su vanzemaljci trebali stvoriti stacionarni nuklearni reaktor velike snage? Ko zna... Možda su opremili "stanicu za punjenje svemira" na Zemlji, ili možda...

Postoji hipoteza da visoko razvijene civilizacije u određenoj fazi svog razvoja "preuzimaju pokroviteljstvo" nad životom koji nastaje na drugim planetama. I čak imaju udjela u pretvaranju beživotnih svjetova u one pogodne za stanovanje. Možda su upravo takvima pripadali oni koji su izgradili afričko čudo? Možda su koristili energiju reaktora za teraformiranje? Naučnici još uvijek raspravljaju o tome kako je nastala Zemljina atmosfera, tako bogata kisikom. Jedna od pretpostavki je hipoteza o elektrolizi voda okeana. A elektroliza, kao što znate, zahtijeva puno električne energije. Možda su vanzemaljci za ovo stvorili reaktor u Gabonu? Ako jeste, onda očigledno nije jedini. Vrlo je moguće da će se jednog dana naći i drugi poput njega.

Kako god bilo, gabonsko čudo nas tjera na razmišljanje. Razmislite i tražite odgovore.

Korol A.Yu. - učenik 121 razreda SNIEiP (Sevastopoljski nacionalni institut za nuklearnu energiju i industriju.)
Šef - dr.sc. , vanredni profesor Katedre YaPPU SNYaEiP Vah I.V., ul. Repina 14 sq. pedeset

U Oklu (rudnik uranijuma u državi Gabon, blizu ekvatora, Zapadna Afrika), prirodni nuklearni reaktor radio je prije 1900 miliona godina. Identificirano je šest "reaktorskih" zona, u svakoj od kojih su pronađeni znaci reakcije fisije. Ostaci raspada aktinida ukazuju na to da je reaktor radio u režimu sporog ključanja stotinama hiljada godina.

U maju - junu 1972. godine, tokom rutinskih mjerenja fizičkih parametara serije prirodnog uranijuma koja je stigla u postrojenje za obogaćivanje u francuski grad Pierrelate iz afričkog ležišta Oklo (rudnik uranijuma u Gabonu, država koja se nalazi blizu ekvatora u Zapadna Afrika), utvrđeno je da je izotop U - 235 u prirodnom uranijumu koji dolazi manji od standardnog. Utvrđeno je da uranijum sadrži 0,7171% U - 235. Normalna vrijednost za prirodni uranijum je 0,7202%
U - 235. U svim mineralima uranijuma, u svim stenama i prirodnim vodama Zemlje, kao iu lunarnim uzorcima, ovaj odnos je ispunjen. Ležište Oklo je do sada jedini zabilježeni slučaj u prirodi kada je ova konstantnost narušena. Razlika je bila neznatna - samo 0,003%, ali je ipak privukla pažnju tehnologa. Postojala je sumnja da je došlo do sabotaže ili krađe fisionog materijala, tj. U - 235. Međutim, pokazalo se da je odstupanje u sadržaju U-235 praćeno sve do izvora rude uranijuma. Tamo su neki uzorci pokazali manje od 0,44% U-235.Uzorci su uzeti u cijelom rudniku i pokazali su sistematsko smanjenje U-235 u nekim venama. Ove rudne žile su bile debljine preko 0,5 metara.
Nagoveštaj da je U-235 "izgorio", kao što biva u pećima nuklearnih elektrana, isprva je zvučao kao šala, iako su za to postojali dobri razlozi. Proračuni su pokazali da ako je maseni udio podzemne vode u akumulaciji oko 6% i ako je prirodni uranijum obogaćen na 3% U-235, onda pod ovim uvjetima može proraditi prirodni nuklearni reaktor.
Budući da se rudnik nalazi u tropskoj zoni i prilično blizu površine, postoji velika vjerovatnoća postojanja dovoljne količine podzemnih voda. Omjer izotopa uranijuma u rudi bio je neobičan. U-235 i U-238 su radioaktivni izotopi s različitim periodima poluraspada. U-235 ima vrijeme poluraspada od 700 miliona godina, a U-238 se raspada s vremenom poluraspada od 4,5 milijardi. Izotopsko obilje U-235 u prirodi se polako mijenja. Na primjer, prije 400 miliona godina prirodni uranijum je trebao sadržavati 1% U-235, prije 1900 miliona godina bio je 3%, tj. potrebna količina za "kritičnost" žile uranijumske rude. Vjeruje se da je tada reaktor Oklo bio u pogonu. Identificirano je šest "reaktorskih" zona, u svakoj od kojih su pronađeni znaci reakcije fisije. Na primjer, torij iz raspada U-236 i bizmut od raspada U-237 pronađeni su samo u reaktorskim zonama u polju Oklo. Ostaci od raspadanja aktinida ukazuju na to da je reaktor radio u režimu sporog ključanja stotinama hiljada godina. Reaktori su bili samoregulirajući, jer bi prevelika snaga dovela do potpunog ključanja vode i gašenja reaktora.
Kako je priroda uspjela stvoriti uslove za nuklearnu lančanu reakciju? Najprije se u delti drevne rijeke formirao sloj pješčenjaka bogatog uranijumskom rudom, koji je počivao na jakom bazaltnom koritu. Nakon još jednog potresa, uobičajenog u to burno vrijeme, bazaltni temelj budućeg reaktora potonuo je nekoliko kilometara, povlačeći sa sobom uranijumsku žilu. Pukla je žila, podzemna voda je prodrla u pukotine. Onda je još jedna kataklizma podigla cijelu "instalaciju" na sadašnji nivo. U nuklearnim pećima nuklearnih elektrana gorivo se nalazi u kompaktnim masama unutar moderatora - heterogenog reaktora. Ovo se desilo u Oklu. Voda je služila kao moderator. U rudi su se pojavila glinena "sočiva", gdje je koncentracija prirodnog uranijuma porasla sa uobičajenih 0,5% na 40%. Kako su nastale ove kompaktne grudve uranijuma nije precizno utvrđeno. Možda su ih stvorile procjedne vode koje su odnijele glinu i skupile uran u jednu masu. Čim je masa i debljina slojeva obogaćenih uranijumom dostigla kritične dimenzije, u njima je nastala lančana reakcija i instalacija je počela da radi. Kao rezultat rada reaktora nastalo je oko 6 tona fisionih produkata i 2,5 tona plutonijuma. Većina radioaktivnog otpada ostaje unutar kristalne strukture minerala uranita, koji se nalazi u tijelu ruda Oklo. Elementi koji nisu mogli prodrijeti u uranitnu rešetku zbog prevelikog ili premalog ionskog radijusa difundiraju ili ispuštaju. U 1900 miliona godina od reaktora Oklo, najmanje polovina od više od 30 fisijskih proizvoda je bila vezana u rudi, uprkos obilju podzemnih voda u ovom ležištu. Povezani proizvodi fisije uključuju elemente: La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Y, Zr, Ru, Rh, Pd, Ni, Ag. Detektovana je djelomična migracija Pb, a migracija Pu je ograničena na manje od 10 metara. Samo metali sa valencijom 1 ili 2, tj. one sa visokom rastvorljivošću u vodi su odnešene. Kao što se i očekivalo, skoro da nije ostalo Pb, Cs, Ba i Cd. Izotopi ovih elemenata imaju relativno kratak poluživot od nekoliko desetina godina ili manje, tako da se raspadaju u neradioaktivno stanje prije nego što mogu migrirati daleko u tlu. Od najvećeg interesa sa stanovišta dugoročnih problema zaštite životne sredine su pitanja migracije plutonijuma. Ovaj nuklid je efektivno vezan skoro 2 miliona godina. Budući da se plutonijum do sada gotovo potpuno raspada na U-235, o njegovoj stabilnosti svjedoči i odsustvo viška U-235 ne samo izvan reaktorske zone, već i izvan zrna uranita, gdje je plutonijum nastao tokom rada reaktora.
Ova jedinstvena priroda postojala je oko 600 hiljada godina i proizvela je oko 13.000.000 kW. sat energije. Njegova prosječna snaga je samo 25 kW: 200 puta manje od one prve svjetske nuklearne elektrane, koja je 1954. godine snabdijevala strujom grad Obninsk u blizini Moskve. Ali energija prirodnog reaktora nije potrošena: prema nekim hipotezama, raspad radioaktivnih elemenata je opskrbljivao energijom Zemlju koja se zagrijava.
Možda je ovdje dodana energija sličnih nuklearnih reaktora. Koliko ih je skriveno pod zemljom? I reaktor na tom Oklu u to davna vremena svakako nije bio izuzetak. Postoje hipoteze da je rad ovakvih reaktora "podsticao" razvoj živih bića na zemlji, da je nastanak života povezan sa uticajem radioaktivnosti. Podaci ukazuju na veći stepen evolucije organske materije kako se približavamo reaktoru Oklo. Moglo je uticati na učestalost mutacija jednoćelijskih organizama koji su pali u zonu povećanog nivoa zračenja, što je dovelo do pojave ljudskih predaka. U svakom slučaju, život na Zemlji je nastao i prošao dug put evolucije na nivou prirodne radijacijske pozadine, koja je postala neophodan element u razvoju bioloških sistema.
Stvaranje nuklearnog reaktora je inovacija na koju su ljudi ponosni. Ispostavilo se da je njegovo stvaranje odavno zabilježeno u patentima prirode. Osmislivši nuklearni reaktor, remek-djelo naučne i tehničke misli, čovjek se, zapravo, pokazao imitatorom prirode, koja je prije mnogo milijuna godina stvorila instalacije ove vrste.

Tokom rutinske analize uzoraka rude uranijuma, izašla je na videlo jedna veoma čudna činjenica – procenat uranijuma-235 bio je ispod normalnog. Prirodni uranijum sadrži tri izotopa koji se razlikuju po atomskim masama. Najčešći je uranijum-238, najrjeđi uranijum-234, a najzanimljiviji je uranijum-235, koji podržava nuklearnu lančanu reakciju. Svugdje - u zemljinoj kori, na Mjesecu, pa čak i u meteoritima - atomi uranijuma-235 čine 0,720% ukupne količine uranijuma. Ali uzorci iz ležišta Oklo u Gabonu sadržavali su samo 0,717% uranijuma-235. Ovo malo neslaganje bilo je dovoljno da upozori francuske naučnike. Dalja istraživanja su pokazala da je nedostajalo oko 200 kg rude - dovoljno da se napravi pola tuceta nuklearnih bombi.

Otvorena jama uranijuma u Oklu, u Gabonu, otkopala je više od desetak zona u kojima su se nekada odvijale nuklearne reakcije.

Stručnjaci francuske komisije za atomsku energiju bili su zbunjeni. Odgovor je bio članak star 19 godina u kojem George W. Wetherill sa Univerziteta Kalifornije u Los Angelesu i Mark G. Inghram sa Univerziteta u Čikagu sugeriraju postojanje prirodnih nuklearnih reaktora u dalekoj prošlosti. Ubrzo je Paul K. Kuroda, hemičar sa Univerziteta u Arkanzasu, identifikovao "neophodne i dovoljne" uslove da se samoodrživi proces fisije spontano dogodi u telu ležišta uranijuma.

Prema njegovim proračunima, veličina depozita bi trebala premašiti srednju dužinu puta neutrona koji izazivaju cijepanje (oko 2/3 metra). Tada će neutrone koje emituje jedno fisivno jezgro apsorbirati drugo jezgro prije nego što napuste uranijumsku venu.

Koncentracija uranijuma-235 mora biti dovoljno visoka. Danas čak ni veliko ležište ne može postati nuklearni reaktor, jer sadrži manje od 1% uranijuma-235. Ovaj izotop se raspada otprilike šest puta brže od uranijuma-238, što implicira da je u dalekoj prošlosti, na primjer, prije 2 milijarde godina, količina uranijuma-235 bila oko 3% - otprilike onoliko koliko u obogaćenom uranijumu koji se koristio kao gorivo u većina nuklearnih elektrana. Takođe je neophodno imati supstancu sposobnu da moderira neutrone emitovane tokom fisije jezgri uranijuma kako bi efikasnije izazvali fisiju drugih jezgara uranijuma. Konačno, masa rude ne smije sadržavati značajne količine bora, litija ili drugih takozvanih nuklearnih otrova koji aktivno apsorbiraju neutrone i koji bi brzo zaustavili bilo koju nuklearnu reakciju.

Prirodni fisijski reaktori pronađeni su samo u srcu Afrike, u Gabonu, u Oklu i susjednim rudnicima uranijuma u Okelobondu, te na lokaciji Bangombe, udaljenoj nekih 35 km.

Istraživači su utvrdili da su uslovi stvoreni prije 2 milijarde godina na 16 odvojenih lokacija kako u Oklu tako iu susjednim rudnicima uranijuma u Okelobondu bili vrlo bliski onima koje je Kuroda opisao (vidi "Božanski reaktor", "U svijetu nauke", br. 1 , 2004). Iako su sve ove zone otkrivene prije nekoliko desetljeća, tek nedavno smo konačno uspjeli shvatiti što se događa unutar jednog od ovih drevnih reaktora.

Provjera svjetlosnim elementima

Ubrzo su fizičari potvrdili pretpostavku da je smanjenje sadržaja uranijuma-235 u Oklu uzrokovano reakcijama fisije. Neosporan dokaz pojavio se u proučavanju elemenata koji nastaju cijepanjem teškog jezgra. Pokazalo se da je koncentracija produkata raspadanja bila toliko visoka da je takav zaključak bio jedini istinit. Prije 2 milijarde godina ovdje se dogodila nuklearna lančana reakcija, slična onoj koju su Enrico Fermi i njegove kolege sjajno demonstrirali 1942. godine.

Fizičari širom svijeta proučavaju dokaze o postojanju prirodnih nuklearnih reaktora. Naučnici su 1975. predstavili rezultate svog rada na fenomenu Oklo na posebnoj konferenciji u glavnom gradu Gabona, Librevilleu. Sljedeće godine, George A. Cowan, koji je predstavljao Sjedinjene Države na ovom skupu, napisao je članak za Scientific American ( vidi "A Natural Fission Reactor", George A. Cowan, jul 1976.).

Cowan je sažeo informacije i opisao koncept onoga što se dešavalo na ovom neverovatnom mestu: neki od neutrona koji se emituju fisijom uranijuma-235 su zarobljeni jezgrima uobičajenijeg uranijuma-238, koji se pretvara u uranijum-239, a nakon toga emisija dva elektrona pretvara se u plutonijum-239. Tako je u Oklu nastalo više od dvije tone ovog izotopa. Tada je dio plutonijuma doživio fisiju, o čemu svjedoči prisustvo karakterističnih fisionih produkata, što je navelo istraživače na zaključak da su se ove reakcije morale nastaviti stotinama hiljada godina. Na osnovu količine utrošenog uranijuma-235 izračunali su količinu oslobođene energije - oko 15 hiljada MW-godina. Prema ovom i drugim dokazima, ispostavilo se da je prosječna snaga reaktora manja od 100 kW, odnosno bilo bi dovoljno za rad nekoliko desetina tostera.

Kako je došlo do više od deset prirodnih reaktora? Šta je osiguravalo njihovu stalnu moć nekoliko stotina milenijuma? Zašto se nisu samouništili odmah nakon početka nuklearnih lančanih reakcija? Koji mehanizam je obezbijedio neophodnu samoregulaciju? Da li su reaktori radili neprekidno ili s prekidima? Odgovori na ova pitanja nisu se pojavili odmah. A poslednje pitanje je rasvetljeno sasvim nedavno, kada smo moje kolege i ja počeli da proučavamo uzorke misteriozne afričke rude na Univerzitetu Washington u St. Louisu.

Podjela u detalje

Nuklearne lančane reakcije počinju kada jedan slobodni neutron udari u jezgro fisivnog atoma, kao što je uranijum-235 (gore lijevo). Jezgro se cijepa, stvarajući dva manja atoma i emitujući druge neutrone, koji odlijeću velikom brzinom i moraju se usporiti prije nego što mogu uzrokovati podjelu drugih jezgara. U ležištu Oklo, baš kao i u današnjim nuklearnim reaktorima na laku vodu, obična voda je bila sredstvo za ublažavanje. Razlika je u sistemu upravljanja: nuklearne elektrane koriste šipke koje apsorbuju neutrone, dok se reaktori u Oklu jednostavno zagrijavaju dok voda ne proključa.

Šta je krio plemeniti gas?

Naš rad na jednom od reaktora u Oklu bio je posvećen analizi ksenona, teškog inertnog plina koji može ostati zarobljen u mineralima milijardama godina. Ksenon ima devet stabilnih izotopa koji se javljaju u različitim količinama ovisno o prirodi nuklearnih procesa. Kao plemeniti gas, ne reaguje hemijski sa drugim elementima i stoga se lako pročišćava za izotopsku analizu. Ksenon je izuzetno rijedak, što ga čini mogućim za otkrivanje i praćenje nuklearnih reakcija, čak i ako su se dogodile prije rođenja Sunčevog sistema.

Atomi uranijuma-235 čine oko 0,720% prirodnog uranijuma. Dakle, kada su radnici otkrili da Okloov uranijum sadrži nešto više od 0,717%, bili su iznenađeni.Ova brojka se zaista značajno razlikuje od ostalih uzoraka rude uranijuma (gore). Očigledno je omjer uranijuma-235 i uranijuma-238 bio mnogo veći u prošlosti, budući da je vrijeme poluraspada uranijuma-235 mnogo kraće. U takvim uslovima, reakcija cijepanja postaje moguća. Kada su se nalazišta uranijuma u Oklu formirala prije 1,8 milijardi godina, prirodno obilje uranijuma-235 iznosilo je oko 3%, isto kao u gorivu nuklearnih reaktora. Kada se Zemlja formirala prije oko 4,6 milijardi godina, taj omjer je bio preko 20%, nivo na kojem se uranijum danas smatra "klasom oružja".

Da biste analizirali izotopski sastav ksenona, potreban vam je maseni spektrometar, uređaj koji može sortirati atome po njihovoj težini. Imali smo sreće što smo imali pristup izuzetno preciznom ksenonskom masenom spektrometru koji je napravio Charles M. Hohenberg. Ali prvo smo morali da izvučemo ksenon iz našeg uzorka. Obično se mineral koji sadrži ksenon zagrijava iznad svoje tačke topljenja, što uzrokuje razbijanje kristalne strukture i više ne može zadržati plin koji sadrži. Ali da bismo prikupili više informacija, koristili smo suptilniju metodu - lasersku ekstrakciju, koja vam omogućava da dođete do ksenona u određenim zrnima i ostavljate područja koja se nalaze uz njih netaknuta.

Obradili smo mnogo sitnih dijelova jedinog uzorka stijene koji imamo iz Okla, debljine samo 1 mm i širine 4 mm. Da bismo precizno usmjerili laserski snop, koristili smo detaljnu rendgensku kartu objekta, koju je napravila Olga Pradivtseva, koja je također identifikovala minerale koji čine objekat. Nakon ekstrakcije, pročistili smo oslobođeni ksenon i analizirali ga u Hohenberg masenom spektrometru, koji nam je dao broj atoma svakog izotopa.

Ovdje nas je čekalo nekoliko iznenađenja: prvo, nije bilo plina u zrncima minerala bogatim uranijumom. Najveći dio je zarobljen mineralima koji sadrže aluminij fosfat - utvrđeno je da imaju najveću koncentraciju ksenona ikada pronađenu u prirodi. Drugo, ekstrahovani gas se značajno razlikovao po izotopskom sastavu od onog koji se normalno formira u nuklearnim reaktorima. Praktično su mu nedostajali ksenon-136 i ksenon-134, dok je sadržaj lakših izotopa elementa ostao isti.

Pokazalo se da ksenon ekstrahovan iz zrna aluminijum fosfata u uzorku Oklo ima neobičan izotopski sastav (levo) koji se ne poklapa sa onim nastalim fisijom uranijuma-235 (u sredini) i ne liči na izotopski sastav atmosferskog ksenona ( desno). Značajno je da su količine ksenona-131 i -132 veće, a količine -134 i -136 niže nego što bi se očekivalo od fisije uranijuma-235. Iako su ova zapažanja u početku zbunila autora, kasnije je shvatio da sadrže ključ za razumijevanje rada ovog drevnog nuklearnog reaktora.

Šta je razlog ovakvih promjena? Možda je to rezultat nuklearnih reakcija? Pažljiva analiza omogućila je mojim kolegama i meni da odbacimo ovu mogućnost. Također smo pogledali fizičko sortiranje različitih izotopa, što se ponekad događa jer se teži atomi kreću malo sporije od svojih lakših. Ovo svojstvo se koristi u postrojenjima za obogaćivanje uranijuma za proizvodnju reaktorskog goriva. Ali čak i kada bi priroda mogla implementirati takav proces na mikroskopskom nivou, sastav mješavine izotopa ksenona u zrncima aluminij fosfata bio bi drugačiji od onoga što smo pronašli. Na primjer, mjereno u odnosu na ksenon-132, smanjenje ksenona-136 (težeg za 4 jedinice atomske mase) bilo bi dvostruko veće nego za ksenon-134 (teže za 2 jedinice atomske mase) ako bi fizičko sortiranje funkcioniralo. Međutim, ništa slično nismo vidjeli.

Nakon analize uslova za nastanak ksenona, primetili smo da nijedan od njegovih izotopa nije bio direktan rezultat fisije uranijuma; svi su oni bili produkti raspada radioaktivnih izotopa joda, koji su, pak, nastali iz radioaktivnog telura itd., prema poznatom slijedu nuklearnih reakcija. U ovom slučaju različiti izotopi ksenona u našem uzorku iz Okla pojavili su se u različito vrijeme. Što duže živi određeni radioaktivni prekursor, to je odgođenije stvaranje ksenona iz njega. Na primjer, formiranje ksenona-136 počelo je samo minut nakon početka samoodržive fisije. Sat vremena kasnije, pojavljuje se sljedeći lakši stabilni izotop, ksenon-134. Zatim, nekoliko dana kasnije, na sceni se pojavljuju ksenon-132 i ksenon-131. Konačno, nakon miliona godina, i mnogo kasnije od prestanka nuklearnih lančanih reakcija, nastaje ksenon-129.

Da su nalazišta uranijuma u Oklu ostala zatvoreni sistem, ksenon nakupljen tokom rada njegovih prirodnih reaktora zadržao bi normalan izotopski sastav. Ali sistem nije bio zatvoren, o čemu svjedoči i činjenica da su se reaktori Oklo nekako sami regulirali. Najvjerovatniji mehanizam je učešće podzemnih voda u ovom procesu, koje su proključale nakon što je temperatura dostigla određeni kritični nivo. Kada je voda koja je služila kao moderator neutrona isparila, nuklearne lančane reakcije su privremeno prestale, a nakon što se sve ohladilo i dovoljna količina podzemne vode ponovo prodrla u zonu reakcije, fisija bi se mogla nastaviti.

Ova slika jasno daje dvije važne stvari: reaktori bi mogli raditi s prekidima (uključeni i isključeni); velike količine vode mora da su prošle kroz ovu stenu, dovoljne da isperu neke od prekursora ksenona, naime telur i jod. Prisustvo vode takođe pomaže da se objasni zašto se veći deo ksenona sada nalazi u zrncima aluminijum fosfata, a ne u stenama bogatim uranijumom. Zrna aluminijum fosfata su vjerovatno nastala djelovanjem vode zagrijane u nuklearnom reaktoru nakon što se ohladila na oko 300°C.

Tokom svakog aktivnog perioda Oklo reaktora, i neko vrijeme nakon toga, dok je temperatura ostala visoka, većina ksenona (uključujući ksenon-136 i -134, koji se relativno brzo generiraju) je uklonjena iz reaktora. Kako se reaktor hladio, dugovječniji prekursori ksenona (oni koji će kasnije proizvesti ksenon-132, -131 i -129, koje smo pronašli u većem broju) postali su ugrađeni u rastuća zrna aluminijum fosfata. Zatim, kako se više vode vraćalo u reakcionu zonu, neutroni su se usporili na pravi stepen i reakcija fisije je počela ponovo, prisiljavajući da se ciklus zagrevanja i hlađenja ponovi. Rezultat je bila specifična distribucija izotopa ksenona.

Nije sasvim jasno koje su sile držale ovaj ksenon u mineralima aluminijum fosfata skoro polovinu života planete. Konkretno, zašto ksenon koji se pojavio u datom ciklusu rada reaktora nije bio izbačen tokom sljedećeg ciklusa? Pretpostavlja se da je struktura aluminijum fosfata bila u stanju da zadrži ksenon formiran u sebi, čak i na visokim temperaturama.

Pokušaji da se objasni neobičan izotopski sastav ksenona u Oklu zahtijevao je razmatranje i drugih elemenata. Posebnu pažnju privukao je jod iz kojeg nastaje ksenon tokom radioaktivnog raspada. Modeliranje procesa nastanka fisionih produkata i njihovog radioaktivnog raspada pokazalo je da je specifičan izotopski sastav ksenona posljedica cikličkog djelovanja reaktora, koji je prikazan na tri gornja dijagrama.

raspored rada u prirodi

Nakon što je razvijena teorija nastanka ksenona u zrnima aluminijum fosfata, pokušali smo da implementiramo ovaj proces u matematičkom modelu. Naši proračuni su dosta toga razjasnili u radu reaktora, a dobijeni podaci o izotopima ksenona doveli su do očekivanih rezultata. Reaktor u Oklu bio je "uključen" 30 minuta i "gašen" najmanje 2,5 sata. Neki gejziri funkcioniraju na sličan način: polako se zagrijavaju, ključaju, izbacujući dio podzemne vode, ponavljajući ovaj ciklus iz dana u dan, iz godine u godinu. Dakle, podzemne vode koje prolaze kroz ležište Oklo mogle su ne samo da djeluju kao moderator neutrona, već i "regulišu" rad reaktora. Bio je to izuzetno efikasan mehanizam koji je štitio strukturu od topljenja ili eksplozije stotinama hiljada godina.

Nuklearni inženjeri imaju mnogo toga da nauče od Okla. Na primjer, kako se nositi s nuklearnim otpadom. Oklo je primjer dugoročnog geološkog odlagališta. Zbog toga naučnici detaljno proučavaju procese migracije tokom vremena produkata fisije iz prirodnih reaktora. Također su pažljivo proučavali istu drevnu zonu nuklearne fisije na lokaciji Bangombe, oko 35 km od Okla. Reaktor Bangombe je od posebnog interesa jer je plići od Okla i Okelobonda i donedavno je kroz njega prolazilo više vode. Ovakvi nevjerovatni objekti podržavaju hipotezu da se mnoge vrste opasnog nuklearnog otpada mogu uspješno izolirati u podzemnim skladištima.

Primjer Oklo također pokazuje kako se skladišti neki od najopasnijih nuklearnih otpada. Od početka industrijske upotrebe nuklearne energije, ogromne količine radioaktivnih inertnih plinova (ksenon-135, kripton-85, itd.) nastalih u nuklearnim instalacijama su bačene u atmosferu. U prirodnim reaktorima, ovi otpadni proizvodi su zarobljeni i zadržani milijardama godina mineralima koji sadrže aluminij fosfat.

Drevni reaktori tipa Oklo također mogu utjecati na razumijevanje osnovnih fizičkih veličina, na primjer, fizičke konstante, označene slovom α (alfa), povezane s takvim univerzalnim veličinama kao što je brzina svjetlosti (vidi "Nekonstantne konstante", "U svijetu nauke", br. 9, 2005.). Već tri decenije, fenomen Oklo (star 2 milijarde godina) se koristi kao argument protiv promjena u α. Ali prošle godine, Steven K. Lamoreaux i Justin R. Torgerson iz Nacionalne laboratorije u Los Alamosu otkrili su da ova "konstanta" značajno varira.

Da li su ovi drevni reaktori u Gabonu jedini ikada formirani na Zemlji? Prije dvije milijarde godina uslovi neophodni za samoodrživu fisiju nisu bili previše rijetki, pa će možda jednog dana biti otkriveni i drugi prirodni reaktori. A rezultati analize ksenona iz uzoraka mogli bi biti od velike pomoći u ovoj potrazi.

“Fenomen Oklo podsjeća na izjavu E. Fermija, koji je izgradio prvi nuklearni reaktor, i P.L. Kapitza, koji je nezavisno tvrdio da je samo osoba sposobna stvoriti ovako nešto. Međutim, drevni prirodni reaktor opovrgava ovu tačku gledišta, potvrđujući ideju A. Einsteina da je Bog sofisticiraniji...”
S.P. Kapitsa

O autoru:
Alex Meshik(Alex P. Meshik) diplomirao je na Fakultetu fizike Lenjingradskog državnog univerziteta. Godine 1988. odbranio je doktorsku tezu na Institutu za geohemiju i analitičku hemiju. IN AND. Vernadsky. Njegova disertacija bila je o geohemiji, geohronologiji i nuklearnoj hemiji plemenitih plinova ksenona i kriptona. Godine 1996., Meshik se pridružio Laboratoriji za svemirska istraživanja na Univerzitetu Washington u St. Louisu, gdje trenutno proučava plemenite plinove solarnog vjetra prikupljene i vraćene na Zemlju svemirskom letjelicom Genesis.

Članak preuzet sa stranice