Mulți oameni cred că energia nucleară este o invenție a omenirii, iar unii chiar cred că încalcă legile naturii. Dar energia nucleară este de fapt un fenomen natural și viața nu ar putea exista fără ea. Acest lucru se datorează faptului că Soarele nostru (și orice altă stea) este în sine o centrală gigantică, luminând sistemul solar printr-un proces cunoscut sub numele de fuziune nucleară.

Oamenii, totuși, folosesc un proces diferit pentru a genera această forță numită fisiune nucleară, în care energia este eliberată prin scindarea atomilor, mai degrabă decât prin combinarea lor ca în procesul de sudare. Oricat de inventiva ar parea umanitatea, natura a folosit deja si aceasta metoda. Într-un singur sit, dar bine documentat, oamenii de știință au găsit dovezi că reactoare naturale de fisiune au fost create în trei zăcăminte de uraniu din națiunea africană de vest Gabon.

În urmă cu două miliarde de ani, zăcămintele minerale bogate în uraniu au început să se inunde cu apele subterane, provocând o reacție nucleară în lanț autosusținută. Privind nivelurile anumitor izotopi ai xenonului (un produs secundar al procesului de fisiune a uraniului) din roca din jur, oamenii de știință au stabilit că reacția naturală a avut loc pe parcursul a câteva sute de mii de ani la intervale de aproximativ două ore și jumătate. .

Astfel, reactorul nuclear natural de la Oklo a funcționat sute de mii de ani până când cea mai mare parte a uraniului fisionabil a fost epuizat. În timp ce cea mai mare parte a uraniului din Oklo este izotopul nefisil U238, doar 3% din izotopul fisionabil U235 este necesar pentru a începe o reacție în lanț. Astăzi, procentul de uraniu fisionabil din zăcăminte este de aproximativ 0,7%, ceea ce indică faptul că procesele nucleare au avut loc în ele pentru o perioadă relativ lungă de timp. Dar tocmai caracterizarea exactă a rocilor din Oklo a fost cea care i-a nedumerit pentru prima dată pe oamenii de știință.

Niveluri scăzute de U235 au fost observate pentru prima dată în 1972 de către angajații de la uzina de îmbogățire a uraniului Pierrelate din Franța. În timpul analizei spectrometrice de masă de rutină a probelor din mina Oklo, s-a constatat că concentrația izotopului de uraniu fisionabil diferă cu 0,003% față de valoarea așteptată. Această diferență aparent mică a fost suficient de semnificativă pentru a alerta autoritățile, care erau îngrijorate că uraniul lipsă ar putea fi folosit pentru a construi arme nucleare. Dar mai târziu, în același an, oamenii de știință au găsit răspunsul la această ghicitoare - a fost primul reactor nuclear natural din lume.

În 1972, un vechi reactor nuclear a fost descoperit în Africa, pe teritoriul Republicii Gabon. La început, oamenii de știință au descoperit zăcăminte bogate de minereu de uraniu. Când a fost verificată compoziția sa, s-a dovedit că acest minereu fusese deja folosit.

Având în vedere vechimea reactorului antic de 2 miliarde de ani, cine l-ar fi putut crea pentru a genera energie în acele vremuri îndepărtate? Cel mai de încredere răspuns este că una dintre civilizațiile trecute ale oamenilor de pe Pământ a făcut-o.

Au fost folosite rezerve uriașe de minereu de uraniu

Sursa de minereu de uraniu descoperită în Gabon (zona Oklo) este cea mai mare sursă de minereu de uraniu din lume. Prin urmare, el a stârnit interesul oamenilor de știință din multe țări după mesajul geologilor francezi. Au început să investigheze compoziția minereului de uraniu. S-a dovedit că roca conține mult uraniu-238 și foarte puțin uraniu-235, ceea ce este de interes pentru oameni.Uraniul-238 este în esență combustibil nuclear uzat.

Probe de minereu de uraniu de la Oklo (Gabon).

Cine a construit cel mai complex reactor nuclear acum 2 miliarde de ani? Designul complex al reactorului din Africa cu cele 16 unități de putere vorbește despre nivelul tehnologic ridicat al creatorilor săi din acele vremuri îndepărtate.

De milioane de ani, structurile clădirilor unui reactor nuclear s-ar putea prăbuși în praf. Cu toate acestea, izotopii radioactivi continuă să emită energie după mii de ani. Uraniu-238 uzat vorbește despre mii de ani de funcționare a unui reactor nuclear gigant. Mici rămășițe de uraniu-235, care este folosit în producția de energie, indică locurile de stocare a combustibilului pentru reactorul unei civilizații antice.

Există fapte, dar știința tace despre vechiul reactor nuclear

Aici începe povestea obișnuită, când știința modernă nu vrea să recunoască faptele, pretinzându-le drept o greșeală. Dacă nu poate fi recunoscută ca o greșeală, atunci aceste fapte sunt pur și simplu reduse la tăcere. Ce sa întâmplat cu vechiul reactor nuclear al civilizației trecute din Gabon.

Versiuni ale originii reactorului nuclear antic

reactor nuclear natural

Cea mai comună versiune a oamenilor de știință este că un reactor nuclear natural a fost găsit în Oklo. Minereurile presupuse bogate de uraniu au fost inundate cu apă, ceea ce a provocat o reacție nucleară. Nu existau explicații inteligibile despre modul în care „natura” a reușit să pornească reactorul și să-și mențină funcționarea timp de mii de ani.

Există zăcăminte de uraniu-235 în diferite părți ale lumii, dar nu a existat un reactor nuclear natural care să reproducă funcționarea a cel puțin o unitate de putere. Amintiți-vă că în Gabon au găsit 16 buzunare de combustibil nuclear uzat!

Nicăieri altundeva în lume nu au fost găsite rezerve atât de uriașe de uraniu-238 uzat. Fizicienii se îndoiesc că este posibil să se producă acest element în condiții naturale în astfel de cantități. Până în prezent, fisiunea uraniului a fost efectuată numai într-un mediu artificial cu ajutorul unei persoane.

Înmormântare nucleară extraterestră

Această versiune este susținută de locația convenabilă a zăcămintelor de uraniu. Zona Oklo este caracterizată de o suprafață stabilă a Pământului. Rezervele de uraniu se află în măruntaiele unei plăci groase de bazalt. Nu există cutremure și alte dezastre naturale.

Extratereștrii ar putea folosi ipotetic această zonă pentru a îngropa rămășițele producției nucleare. Dar avea sens să o faci pe Pământ? Îndoielile sunt adăugate de prezența uraniului-235, precum și a 16 focare, care amintesc de designul unui reactor gigant, odată în funcțiune.

Legende populare

Legendele și credințele orale ale oamenilor care locuiesc în această zonă vorbesc despre o rasă străveche de semi-zei. În antichitate, conform legendei, în provincia Oklo locuia o civilizație puternică dezvoltată, care căuta comori în stânci pentru a deveni invincibilă. Aborigenii consideră locul unde se află reactorul nuclear antic ca fiind misterios și mistic.

Poate că oamenii de știință ar fi trebuit să asculte mai în serios poveștile locuitorilor locali. Înțelepciunea populară nu ia naștere de la zero, ci poate servi ca sursă de cunoaștere pentru dezvăluirea secretelor științei și ale vieții.

Lecții din civilizațiile trecute

Astăzi există oameni de știință și istorici care înțeleg că acest Pământ a fost locuit de mai mult de una dintre civilizațiile noastre. Este suficient să amintim descoperirile unice care confirmă că a existat , , civilizație mayașă, , umanitate - câte civilizații antice misterioase a văzut planeta noastră?

Au fost deja găsite multe dovezi ale fenomenelor care depășesc sfera științei moderne. , superputeri, civilizații antice - toate acestea ar putea ajuta oamenii să-și dea seama de semnificația șederii lor pe Pământ și să prevină sfârșitul trist al umanității noastre.

Mergând pe calea respingerii principiului divin al lumii, oamenii de știință se îndreaptă într-un colț cu cadrul îngust al dogmelor științifice. Intenția Creatorului este greu de înțeles pentru cei care trăiesc într-o lume a competiției și luptei constante. Dacă alegi calea întoarcerii la tradițiile tale, transmise de Creator oamenilor, s-ar putea să poți supraviețui, spre deosebire de multe alte civilizații anterioare de pe Pământ.

În Africa de Vest, nu departe de ecuator, într-o zonă situată pe teritoriul statului Gabon, oamenii de știință au făcut o descoperire uimitoare. Acest lucru s-a întâmplat chiar la începutul anilor 70 ai secolului trecut, dar până acum reprezentanții comunității științifice nu au ajuns la un consens - ce s-a găsit?

Depozitele de minereu de uraniu sunt un fenomen comun, deși destul de rar. Cu toate acestea, mina de uraniu descoperită în Gabon s-a dovedit a fi nu doar un depozit de mineral valoros, a funcționat ca... un adevărat reactor nuclear! Au fost descoperite șase zone de uraniu, în care a avut loc o adevărată reacție de fisiune a uraniului!

Studiile au arătat că reactorul a fost lansat cu aproximativ 1900 de milioane de ani în urmă și a funcționat în modul de fierbere lentă timp de câteva sute de mii de ani.

Părerile reprezentanților științei despre fenomen au fost împărțite. Majoritatea experților au luat partea teoriei, potrivit căreia, reactorul nuclear din Gabon a pornit spontan din cauza unei coincidențe accidentale a condițiilor necesare unei astfel de porniri.

Cu toate acestea, nu toată lumea a fost mulțumită de această presupunere. Și au existat motive întemeiate pentru asta. Multe lucruri spuneau că reactorul din Gabon, deși nu are părți similare în exterior cu creațiile ființelor gânditoare, este încă un produs al ființelor inteligente.

Să aruncăm o privire la câteva fapte. Activitatea tectonică în zona în care a fost găsit reactorul a fost neobișnuit de mare pentru perioada de funcționare a acestuia. Cu toate acestea, studiile au arătat că cea mai mică schimbare a straturilor de sol ar duce în mod necesar la oprirea reactorului. Dar din moment ce reactorul a funcționat de mai bine de o sută de milenii, acest lucru nu s-a întâmplat. Cine sau ce a înghețat tectonica pentru perioada de funcționare a reactorului? Poate a fost făcut de cei care l-au lansat? Mai departe. După cum sa menționat deja, apa subterană a fost folosită ca moderator. Pentru a asigura funcționarea constantă a reactorului, cineva trebuia să regleze puterea dată de acesta, deoarece dacă era în exces, apa fierbea și reactorul se oprea. Acestea și alte câteva puncte sugerează că reactorul din Gabon este un lucru de origine artificială. Dar cine naiba deținea o astfel de tehnologie în urmă cu două miliarde de ani?

Vă place sau nu, răspunsul este simplu, deși oarecum banal. Doar extratereștrii din spațiul cosmic ar putea face asta. Este foarte posibil să fi venit la noi din regiunea centrală a Galaxiei, unde stelele sunt mult mai vechi decât Soarele, iar planetele lor sunt mai vechi. În acele lumi, viața a avut ocazia să apară mult mai devreme, într-o perioadă în care Pământul nu era încă o lume foarte confortabilă.

De ce au trebuit extratereștrii să creeze un reactor nuclear staționar de mare putere? Cine știe... Poate că au echipat o „stație de reîncărcare spațială” pe Pământ, sau poate...

Există o ipoteză conform căreia civilizațiile foarte dezvoltate, aflate într-un anumit stadiu al dezvoltării lor, „prind patronajul” vieții care apar pe alte planete. Și chiar au o mână de ajutor în a transforma lumi fără viață în lumi locuibile. Poate că cei care au construit miracolul african aparțineau tocmai unora? Poate că au folosit energia reactorului pentru terraformare? Oamenii de știință încă discută cum a apărut atmosfera pământului, atât de bogată în oxigen. Una dintre ipoteze este ipoteza electrolizei apelor oceanelor. Și electroliza, după cum știți, necesită multă energie electrică. Deci, poate extratereștrii au creat reactorul din Gabon pentru asta? Dacă da, atunci se pare că nu este singurul. Este foarte posibil ca într-o zi să se găsească și alții ca el.

Oricum ar fi, miracolul gabonez ne pune pe gânduri. Gandeste-te si cauta raspunsuri.

Korol A.Yu. - student clasa 121 SNIEiP (Institutul Național de Energie și Industrie Nucleară din Sevastopol.)
Şef - Ph.D. , Profesor asociat al Departamentului YaPPU SNYaEiP Vah I.V., st. Repina 14 mp. cincizeci

În Oklo (o mină de uraniu din statul Gabon, lângă ecuator, Africa de Vest), un reactor nuclear natural a funcționat acum 1900 de milioane de ani. Au fost identificate șase zone „reactorului”, în fiecare dintre acestea s-au găsit semne ale unei reacții de fisiune. Resturile de degradare a actinidei indică faptul că reactorul a funcționat într-un mod de fierbere lentă timp de sute de mii de ani.

În mai - iunie 1972, în timpul măsurătorilor de rutină a parametrilor fizici ai unui lot de uraniu natural care a ajuns la uzina de îmbogățire din orașul francez Pierrelate din zăcământul african Oklo (o mină de uraniu din Gabon, stat situat în apropierea ecuatorului în Africa de Vest), s-a constatat că izotopul U - 235 din uraniul natural de intrare este mai puțin decât standard. S-a constatat că uraniul conține 0,7171% U - 235. Valoarea normală pentru uraniul natural este de 0,7202%
U - 235. În toate mineralele de uraniu, în toate rocile și apele naturale ale Pământului, precum și în probele lunare, acest raport este îndeplinit. Depozitul Oklo este deocamdată singurul caz înregistrat în natură când această constanță a fost încălcată. Diferența a fost nesemnificativă - doar 0,003%, dar totuși a atras atenția tehnologilor. Exista suspiciunea că ar fi avut loc sabotaj sau furt de material fisionabil, de ex. U - 235. Cu toate acestea, s-a dovedit că abaterea conținutului de U-235 a fost urmărită până la sursa de minereu de uraniu. Acolo, unele probe au prezentat mai puțin de 0,44% U-235.Probele au fost prelevate în întreaga mină și au arătat scăderi sistematice ale U-235 în unele vene. Aceste filoane de minereu aveau o grosime de peste 0,5 metri.
Sugestia că U-235 a „ars”, așa cum se întâmplă în cuptoarele centralelor nucleare, a sunat la început ca o glumă, deși existau motive întemeiate pentru aceasta. Calculele au arătat că dacă fracția de masă a apei subterane din rezervor este de aproximativ 6% și dacă uraniul natural este îmbogățit la 3% U-235, atunci în aceste condiții un reactor nuclear natural poate începe să funcționeze.
Deoarece mina este situată într-o zonă tropicală și destul de aproape de suprafață, existența unei cantități suficiente de apă subterană este foarte probabilă. Raportul dintre izotopii de uraniu din minereu era neobișnuit. U-235 și U-238 sunt izotopi radioactivi cu timpi de înjumătățire diferit. U-235 are un timp de înjumătățire de 700 de milioane de ani, iar U-238 se descompune cu un timp de înjumătățire de 4,5 miliarde.Abundența izotopică a U-235 este în natură în proces de schimbare lent. De exemplu, acum 400 de milioane de ani uraniul natural ar fi trebuit să conțină 1% U-235, acum 1900 de milioane de ani era de 3%, adică. cantitatea necesară pentru „criticitatea” filonului de minereu de uraniu. Se crede că acesta a fost atunci când reactorul Oklo era în stare de funcționare. Au fost identificate șase zone „reactorului”, în fiecare dintre acestea s-au găsit semne ale unei reacții de fisiune. De exemplu, toriu din degradarea U-236 și bismutul din degradarea U-237 au fost găsite doar în zonele reactoarelor din câmpul Oklo. Reziduurile de la degradarea actinidelor indică faptul că reactorul a funcționat într-un mod de fierbere lentă de sute de mii de ani. Reactoarele erau autoreglabile, deoarece prea multă putere ar duce la fierberea completă a apei și la oprirea reactorului.
Cum a reușit natura să creeze condițiile pentru o reacție nucleară în lanț? Mai întâi, în delta râului antic, s-a format un strat de gresie bogat în minereu de uraniu, care s-a sprijinit pe un pat puternic de bazalt. După un alt cutremur, obișnuit în acel moment violent, fundația de bazalt a viitorului reactor s-a scufundat câțiva kilometri, trăgând cu ea filonul de uraniu. Filonul a crăpat, apa subterană a pătruns în crăpături. Apoi, un alt cataclism a ridicat întreaga „instalație” la nivelul actual. În cuptoarele nucleare ale centralelor nucleare, combustibilul este situat în mase compacte în interiorul moderatorului - un reactor eterogen. Așa s-a întâmplat în Oklo. Apa a servit ca moderator. „Lentile” de argilă au apărut în minereu, unde concentrația de uraniu natural a crescut de la 0,5% la 40%. Cum s-au format aceste bulgări compacte de uraniu nu este stabilit cu precizie. Poate că au fost create de ape de infiltrație care au dus argila și au reunit uraniul într-o singură masă. De îndată ce masa și grosimea straturilor îmbogățite cu uraniu au atins dimensiuni critice, în ele a apărut o reacție în lanț, iar instalația a început să funcționeze. În urma funcționării reactorului, s-au format aproximativ 6 tone de produse de fisiune și 2,5 tone de plutoniu. Majoritatea deșeurilor radioactive rămân în interiorul structurii cristaline a mineralului uranit, care se găsește în corpul minereurilor Oklo. Elementele care nu au putut pătrunde în rețeaua uranită din cauza razei ionice prea mari sau prea mici difuzează sau se scurg. În cei 1900 de milioane de ani de la reactoarele Oklo, cel puțin jumătate din cei peste 30 de produse de fisiune au fost legați în minereu, în ciuda abundenței de apă subterană din acest zăcământ. Produsele de fisiune asociate includ elementele: La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Y, Zr, Ru, Rh, Pd, Ni, Ag. A fost detectată o migrație parțială a Pb, iar migrarea Pu a fost limitată la mai puțin de 10 metri. Doar metale cu valență 1 sau 2, adică. cei cu solubilitate ridicată în apă au fost duşi. După cum era de așteptat, aproape niciun Pb, Cs, Ba și Cd nu a rămas pe loc. Izotopii acestor elemente au timpi de înjumătățire relativ scurt, de zeci de ani sau mai puțin, astfel încât se degradează la o stare neradioactivă înainte de a putea migra departe în sol. De cel mai mare interes din punct de vedere al problemelor pe termen lung ale protecției mediului sunt problemele migrației plutoniului. Acest nuclid este legat efectiv timp de aproape 2 milioane de ani. Deoarece plutoniul se descompune până acum aproape complet la U-235, stabilitatea sa este evidențiată de absența excesului de U-235 nu numai în afara zonei reactorului, ci și în afara granulelor de uranit, unde s-a format plutoniul în timpul funcționării reactorului.
Această natură unică a existat de aproximativ 600 de mii de ani și a produs aproximativ 13.000.000 kW. ora de energie. Puterea sa medie este de numai 25 kW: de 200 de ori mai mică decât cea a primei centrale nucleare din lume, care în 1954 a furnizat energie electrică orașului Obninsk de lângă Moscova. Dar energia reactorului natural nu a fost irosită: conform unor ipoteze, dezintegrarea elementelor radioactive a fost cea care a furnizat energie Pământului care se încălzește.
Poate că aici a fost adăugată energia unor reactoare nucleare similare. Câte sunt ascunse sub pământ? Și reactorul de la acel Oklo din acea perioadă străveche nu a făcut cu siguranță o excepție. Există ipoteze că munca unor astfel de reactoare a „stimulat” dezvoltarea ființelor vii pe pământ, că originea vieții este asociată cu influența radioactivității. Datele indică un grad mai mare de evoluție a materiei organice pe măsură ce ne apropiem de reactorul Oklo. Ar fi putut influența frecvența mutațiilor organismelor unicelulare care au căzut în zona nivelurilor crescute de radiație, ceea ce a dus la apariția strămoșilor umani. În orice caz, viața pe Pământ a luat naștere și a parcurs un drum lung de evoluție la nivelul fondului natural de radiații, care a devenit un element necesar în dezvoltarea sistemelor biologice.
Crearea unui reactor nuclear este o inovație de care oamenii sunt mândri. Se pare că creația sa a fost de mult înregistrată în brevetele naturii. După ce a proiectat un reactor nuclear, o capodoperă a gândirii științifice și tehnice, o persoană, de fapt, s-a dovedit a fi un imitator al naturii, care a creat instalații de acest fel cu multe milioane de ani în urmă.

În timpul analizei de rutină a probelor de minereu de uraniu, a ieșit la iveală un fapt foarte ciudat - procentul de uraniu-235 a fost sub normal. Uraniul natural conține trei izotopi care diferă în mase atomice. Cel mai comun este uraniul-238, cel mai rar este uraniul-234, iar cel mai interesant este uraniul-235, care susține o reacție nucleară în lanț. Peste tot - în scoarța terestră, pe Lună și chiar și în meteoriți - atomii de uraniu-235 reprezintă 0,720% din cantitatea totală de uraniu. Dar mostrele din zăcământul Oklo din Gabon au conținut doar 0,717% uraniu-235. Această mică discrepanță a fost suficientă pentru a-i alerta pe oamenii de știință francezi. Cercetările ulterioare au arătat că lipseau aproximativ 200 kg de minereu - suficient pentru a face o jumătate de duzină de bombe nucleare.

O cariera cu uraniu din Oklo, Gabon, a scos la iveala peste o duzina de zone in care au avut loc candva reactii nucleare.

Specialiștii Comisiei franceze pentru energie atomică au rămas nedumeriți. Răspunsul a fost un articol vechi de 19 ani în care George W. Wetherill de la Universitatea din California, Los Angeles și Mark G. Inghram de la Universitatea din Chicago sugerau existența reactoarelor nucleare naturale în trecutul îndepărtat. Curând, Paul K. Kuroda, chimist la Universitatea din Arkansas, a identificat condițiile „necesare și suficiente” pentru ca un proces de fisiune auto-susținut să apară spontan în corpul unui zăcământ de uraniu.

Conform calculelor sale, dimensiunea depozitului ar trebui să depășească lungimea medie a căii neutronilor care provoacă scindarea (aproximativ 2/3 metri). Apoi neutronii emiși de un nucleu fisionabil vor fi absorbiți de un alt nucleu înainte de a părăsi filonul de uraniu.

Concentrația de uraniu-235 trebuie să fie suficient de mare. Astăzi, chiar și un depozit mare nu poate deveni un reactor nuclear, deoarece conține mai puțin de 1% uraniu-235. Acest izotop se descompune de aproximativ șase ori mai repede decât uraniul-238, ceea ce înseamnă că în trecutul îndepărtat, de exemplu, acum 2 miliarde de ani, cantitatea de uraniu-235 era de aproximativ 3% - aproximativ la fel de mult ca în uraniul îmbogățit folosit ca combustibil în majoritatea centralelor nucleare. De asemenea, este necesar să existe o substanță capabilă să modereze neutronii emiși în timpul fisiunii nucleelor ​​de uraniu pentru ca aceștia să provoace mai eficient fisiunea altor nuclee de uraniu. În cele din urmă, masa de minereu nu trebuie să conțină cantități apreciabile de bor, litiu sau alte așa-numite otrăvuri nucleare care absorb activ neutronii și ar determina oprirea rapidă a oricărei reacții nucleare.

Reactoarele naturale de fisiune au fost găsite doar în inima Africii, în Gabon, la Oklo și în minele de uraniu învecinate de la Okelobondo și la situl Bangombe, la aproximativ 35 km distanță.

Cercetătorii au stabilit că condițiile create acum 2 miliarde de ani în 16 site-uri separate atât în ​​Oklo, cât și în minele de uraniu învecinate din Okelobondo erau foarte apropiate de ceea ce a descris Kuroda (vezi „Reactor divin”, „În lumea științei”, nr. 1). , 2004). Deși toate aceste zone au fost descoperite cu zeci de ani în urmă, abia recent am reușit să ne dăm seama ce se întâmplă în interiorul unuia dintre aceste reactoare antice.

Verificarea cu elemente ușoare

Curând, fizicienii au confirmat presupunerea că scăderea conținutului de uraniu-235 din Oklo a fost cauzată de reacții de fisiune. O dovadă incontestabilă a apărut în studiul elementelor care decurg din scindarea unui nucleu greu. Concentrația produselor de descompunere s-a dovedit a fi atât de mare încât o astfel de concluzie a fost singura adevărată. În urmă cu 2 miliarde de ani, aici a avut loc o reacție nucleară în lanț, similară celei pe care Enrico Fermi și colegii săi au demonstrat-o cu brio în 1942.

Fizicienii din întreaga lume au studiat dovezile existenței reactoarelor nucleare naturale. Oamenii de știință au prezentat rezultatele muncii lor asupra fenomenului Oklo la o conferință specială în capitala Gabonului, Libreville, în 1975. În anul următor, George A. Cowan, reprezentând Statele Unite la această întâlnire, a scris un articol pentru Scientific American ( vezi „A Natural Fission Reactor“, de George A. Cowan, iulie 1976).

Cowan a rezumat informațiile și a descris conceptul a ceea ce se întâmplă în acest loc uimitor: unii dintre neutronii emiși din fisiunea uraniului-235 sunt capturați de nucleele celui mai comun uraniu-238, care se transformă în uraniu-239, iar după emisia a doi electroni se transformă în plutoniu-239. Deci, în Oklo s-au format mai mult de două tone din acest izotop. Apoi o parte din plutoniu a suferit fisiune, fapt dovedit de prezența produselor de fisiune caracteristice, ceea ce i-a determinat pe cercetători la concluzia că aceste reacții trebuie să fi continuat sute de mii de ani. Pe baza cantității de uraniu-235 utilizată, au calculat cantitatea de energie eliberată - aproximativ 15 mii MW-ani. Conform acestei și altor dovezi, puterea medie a reactorului s-a dovedit a fi mai mică de 100 kW, adică ar fi suficient să funcționeze câteva zeci de prăjitoare de pâine.

Cum au apărut mai mult de o duzină de reactoare naturale? Ce le-a asigurat puterea constantă timp de câteva sute de milenii? De ce nu s-au autodistrus imediat după ce au început reacțiile nucleare în lanț? Ce mecanism a oferit autoreglementarea necesară? Reactoarele au fost operate continuu sau intermitent? Răspunsurile la aceste întrebări nu au apărut imediat. Iar ultima întrebare a fost făcută lumină destul de recent, când eu și colegii mei am început să studiem mostre din misteriosul minereu african la Universitatea Washington din St. Louis.

Împărțirea în detaliu

Reacțiile nucleare în lanț încep atunci când un singur neutron liber lovește nucleul unui atom fisionabil, cum ar fi uraniul-235 (stânga sus). Nucleul se împarte, producând doi atomi mai mici și emițând alți neutroni, care zboară cu viteză mare și trebuie încetiniți înainte de a putea determina scindarea altor nuclee. În zăcământul Oklo, la fel ca în reactoarele nucleare cu apă ușoară de astăzi, apa obișnuită a fost agentul de moderare. Diferența constă în sistemul de control: centralele nucleare folosesc tije care absorb neutroni, în timp ce reactoarele de la Oklo pur și simplu se încălzesc până când apa fierbe.

Ce ascundea gazul nobil?

Munca noastră la unul dintre reactoarele de la Oklo a fost dedicată analizei xenonului, un gaz inert greu care poate rămâne prins în minerale pentru miliarde de ani. Xenonul are nouă izotopi stabili care apar în cantități diferite, în funcție de natura proceselor nucleare. Ca gaz nobil, nu reacționează chimic cu alte elemente și, prin urmare, este ușor de purificat pentru analiza izotopică. Xenonul este extrem de rar, ceea ce face posibilă utilizarea lui pentru a detecta și urmări reacțiile nucleare, chiar dacă acestea au avut loc înainte de nașterea sistemului solar.

Atomii de uraniu-235 reprezintă aproximativ 0,720% din uraniul natural. Atunci când muncitorii au descoperit că uraniul lui Oklo conținea puțin peste 0,717%, au fost surprinși, această cifră este într-adevăr semnificativ diferită de alte mostre de minereu de uraniu (mai sus). Aparent, raportul dintre uraniu-235 și uraniu-238 a fost mult mai mare în trecut, deoarece timpul de înjumătățire al uraniului-235 este mult mai scurt. În astfel de condiții, devine posibilă o reacție de scindare. Când zăcămintele de uraniu de la Oklo s-au format acum 1,8 miliarde de ani, abundența naturală a uraniului-235 era de aproximativ 3%, la fel ca și în combustibilul reactorului nuclear. Când Pământul s-a format în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani, raportul era de peste 20%, nivelul la care uraniul este astăzi considerat „de calitate pentru arme”.

Pentru a analiza compoziția izotopică a xenonului, aveți nevoie de un spectrometru de masă, un dispozitiv care poate sorta atomii după greutatea lor. Am avut norocul să avem acces la un spectrometru de masă cu xenon extrem de precis construit de Charles M. Hohenberg. Dar mai întâi a trebuit să extragem xenonul din proba noastră. În mod obișnuit, un mineral care conține xenon este încălzit peste punctul său de topire, determinând descompunerea structurii cristaline și nu mai poate reține gazul pe care îl conține. Dar pentru a colecta mai multe informații, am folosit o metodă mai subtilă - extracția cu laser, care vă permite să ajungeți la xenonul din anumite boabe și să lase zonele adiacente acestora neatinse.

Am prelucrat multe secțiuni minuscule din singurul eșantion de rocă pe care îl avem de la Oklo, de doar 1 mm grosime și 4 mm lățime. Pentru a viza cu precizie fasciculul laser, am folosit o hartă detaliată cu raze X a obiectului, construită de Olga Pradivtseva, care a identificat și mineralele care compun obiectul. După extracție, am purificat xenonul eliberat și l-am analizat într-un spectrometru de masă Hohenberg, care ne-a dat numărul de atomi ai fiecărui izotop.

Aici ne așteptau câteva surprize: în primul rând, nu exista gaz în boabele minerale bogate în uraniu. Cea mai mare parte a fost capturată de minerale care conțin fosfat de aluminiu - s-a descoperit că au cea mai mare concentrație de xenon găsită vreodată în natură. În al doilea rând, gazul extras diferă semnificativ în compoziția izotopică de cea formată în mod normal în reactoarele nucleare. Practic îi lipsea xenon-136 și xenon-134, în timp ce conținutul de izotopi mai ușori ai elementului a rămas același.

Xenonul extras din boabele de fosfat de aluminiu din proba Oklo s-a dovedit a avea o compoziție izotopică curioasă (stânga) care nu se potrivește cu cea produsă de fisiunea uraniului-235 (centru) și nu seamănă cu compoziția izotopică a xenonului atmosferic ( dreapta). În special, cantitățile de xenon-131 și -132 sunt mai mari, iar cantitățile de -134 și -136 sunt mai mici decât s-ar putea aștepta de la fisiunea uraniului-235. Deși aceste observații l-au nedumerit inițial pe autor, el și-a dat seama mai târziu că ele conțin cheia înțelegerii funcționării acestui reactor nuclear antic.

Care este motivul pentru astfel de schimbări? Poate că acesta este rezultatul reacțiilor nucleare? O analiză atentă a permis colegilor mei și mie să respingem această posibilitate. Ne-am uitat, de asemenea, la sortarea fizică a diferiților izotopi, ceea ce se întâmplă uneori deoarece atomii mai grei se mișcă puțin mai lent decât omologii lor mai ușori. Această proprietate este utilizată în instalațiile de îmbogățire a uraniului pentru a produce combustibil pentru reactoare. Dar chiar dacă natura ar putea implementa un astfel de proces la scară microscopică, compoziția amestecului de izotopi de xenon din boabele de fosfat de aluminiu ar fi diferită de ceea ce am găsit. De exemplu, măsurată în raport cu xenon-132, scăderea xenonului-136 (mai greu cu 4 unități de masă atomică) ar fi de două ori mai mare decât pentru xenon-134 (mai greu cu 2 unități de masă atomică) dacă sortarea fizică ar funcționa. Cu toate acestea, nu am văzut așa ceva.

După ce am analizat condițiile de formare a xenonului, am observat că niciunul dintre izotopii săi nu a fost rezultatul direct al fisiunii uraniului; au fost toți produse ale dezintegrarii izotopilor radioactivi ai iodului, care, la rândul lor, s-au format din telur radioactiv etc., conform secvenței cunoscute a reacțiilor nucleare. În acest caz, diferiți izotopi de xenon din proba noastră de la Oklo au apărut în momente diferite. Cu cât un precursor radioactiv specific trăiește mai mult, cu atât este mai întârziată formarea xenonului din acesta. De exemplu, formarea xenonului-136 a început la doar un minut după începerea fisiunii auto-susținute. O oră mai târziu, apare următorul izotop stabil mai ușor, xenon-134. Apoi, câteva zile mai târziu, apar în scenă xenon-132 și xenon-131. În cele din urmă, după milioane de ani și mult mai târziu decât încetarea reacțiilor nucleare în lanț, se formează xenon-129.

Dacă zăcămintele de uraniu din Oklo ar fi rămas un sistem închis, xenonul acumulat în timpul funcționării reactoarelor sale naturale ar fi păstrat o compoziție izotopică normală. Dar sistemul nu a fost închis, dovadă fiind faptul că reactoarele Oklo s-au reglementat cumva. Cel mai probabil mecanism implică participarea apei subterane la acest proces, care a fiert după ce temperatura a atins un anumit nivel critic. Când apa care a acționat ca moderator de neutroni s-a evaporat, reacțiile nucleare în lanț s-au oprit temporar și, după ce totul s-a răcit și o cantitate suficientă de apă subterană a pătruns din nou în zona de reacție, fisiunea ar putea relua.

Această imagine clarifică două puncte importante: reactoarele ar putea funcționa intermitent (pornit și oprit); Prin această rocă trebuie să fi trecut cantități mari de apă, suficiente pentru a spăla unii dintre precursorii xenonului, și anume telurul și iodul. Prezența apei ajută, de asemenea, la explicarea de ce o mare parte din xenon se găsește acum în boabele de fosfat de aluminiu, mai degrabă decât în ​​rocile bogate în uraniu. Granulele de fosfat de aluminiu s-au format probabil prin acțiunea apei încălzite de reactorul nuclear după ce aceasta s-a răcit la aproximativ 300°C.

În fiecare perioadă activă a reactorului Oklo și pentru ceva timp după aceea, în timp ce temperatura a rămas ridicată, cea mai mare parte a xenonului (inclusiv xenon-136 și -134, care sunt generate relativ rapid) a fost îndepărtat din reactor. Pe măsură ce reactorul s-a răcit, precursorii xenonului cu viață mai lungă (cei care mai târziu aveau să dea naștere la xenon-132, -131 și -129, pe care i-am găsit în număr mai mare) au fost încorporați în boabele de fosfat de aluminiu în creștere. Apoi, pe măsură ce mai multă apă s-a întors în zona de reacție, neutronii au încetinit la gradul potrivit și reacția de fisiune a început din nou, forțând ciclul de încălzire și răcire să se repete. Rezultatul a fost o distribuție specifică a izotopilor xenonului.

Nu este complet clar ce forțe au păstrat acest xenon în mineralele de fosfat de aluminiu pentru aproape jumătate din viața planetei. În special, de ce xenonul care a apărut într-un anumit ciclu de funcționare a reactorului nu a fost expulzat în timpul următorului ciclu? Se presupune că structura fosfatului de aluminiu a fost capabilă să rețină xenonul format în interiorul acestuia, chiar și la temperaturi ridicate.

Încercările de a explica compoziția izotopică neobișnuită a xenonului de la Oklo au necesitat luarea în considerare și a altor elemente. O atenție deosebită a fost atrasă asupra iodului, din care se formează xenonul în timpul dezintegrarii radioactive. Modelarea procesului de formare a produselor de fisiune și dezintegrarea lor radioactivă a arătat că compoziția izotopică specifică a xenonului este o consecință a acțiunii ciclice a reactorului.Acest ciclu este reprezentat în cele trei diagrame de mai sus.

programul de lucru al naturii

După ce a fost dezvoltată teoria originii xenonului în boabele de fosfat de aluminiu, am încercat să implementăm acest proces într-un model matematic. Calculele noastre au clarificat multe în funcționarea reactorului, iar datele obținute despre izotopii xenonului au dus la rezultatele așteptate. Reactorul de la Oklo a fost „pornit” timp de 30 de minute și „oprit” timp de cel puțin 2,5 ore. Unele gheizere funcționează într-un mod similar: se încălzesc încet, se fierb, aruncând o porțiune de apă subterană, repetând acest ciclu zi de zi, an de an. Astfel, apa subterană care trece prin zăcământul Oklo ar putea nu numai să acționeze ca un moderator de neutroni, ci și să „regleze” funcționarea reactorului. A fost un mecanism extrem de eficient care a împiedicat structura să se topească sau să explodeze timp de sute de mii de ani.

Inginerii nucleari au multe de învățat de la Oklo. De exemplu, cum să faceți față deșeurilor nucleare. Oklo este un exemplu de depozit geologic pe termen lung. Prin urmare, oamenii de știință studiază în detaliu procesele de migrare în timp a produselor de fisiune din reactoarele naturale. De asemenea, ei au studiat cu atenție aceeași zonă de fisiune antică la situl Bangombe, la aproximativ 35 km de Oklo. Reactorul Bangombe prezintă un interes deosebit deoarece este mai puțin adânc decât Oklo și Okelobondo și, până de curând, a trecut mai multă apă prin el. Astfel de obiecte uimitoare susțin ipoteza că multe tipuri de deșeuri nucleare periculoase pot fi izolate cu succes în depozitele subterane.

Exemplul lui Oklo demonstrează, de asemenea, cum sunt depozitate unele dintre cele mai periculoase tipuri de deșeuri nucleare. De la începutul utilizării industriale a energiei nucleare, cantități uriașe de gaze radioactive inerte (xenon-135, krypton-85 etc.) formate în instalațiile nucleare au fost aruncate în atmosferă. În reactoarele naturale, aceste deșeuri sunt captate și reținute de miliarde de ani de minerale care conțin fosfat de aluminiu.

Reactoarele antice de tip Oklo pot influența, de asemenea, înțelegerea cantităților fizice fundamentale, de exemplu, constanta fizică, notată cu litera α (alfa), asociată cu cantități universale precum viteza luminii (vezi „Constantele neconstante”, „În lumea științei”, nr. 9, 2005). Timp de trei decenii, fenomenul Oklo (vechi de 2 miliarde de ani) a fost folosit ca argument împotriva schimbărilor în α. Dar anul trecut, Steven K. Lamoreaux și Justin R. Torgerson de la Laboratorul Național Los Alamos au descoperit că această „constantă” a variat considerabil.

Sunt aceste reactoare antice din Gabon singurele formate vreodată pe Pământ? În urmă cu două miliarde de ani, condițiile necesare pentru fisiunea auto-susținută nu erau prea rare, așa că poate că într-o zi vor fi descoperite și alți reactoare naturale. Iar rezultatele analizei xenonului din probe ar putea fi de mare ajutor în această căutare.

„Fenomenul Oklo aduce în minte afirmația lui E. Fermi, care a construit primul reactor nuclear, și a lui P.L. Kapitsa, care a susținut în mod independent că doar o persoană este capabilă să creeze așa ceva. Cu toate acestea, vechiul reactor natural respinge acest punct de vedere, confirmând ideea lui A. Einstein că Dumnezeu este mai sofisticat...”
S.P. Kapitsa

Despre autor:
Alex Meshik(Alex P. Meshik) a absolvit Facultatea de Fizică a Universității de Stat din Leningrad. În 1988 și-a susținut teza de doctorat la Institutul de Geochimie și Chimie Analitică. IN SI. Vernadsky. Teza sa a fost despre geochimia, geocronologia și chimia nucleară a gazelor nobile xenon și kripton. În 1996, Meshik s-a alăturat Laboratorului de Cercetare Spațială de la Universitatea Washington din St. Louis, unde în prezent studiază gazele nobile ale vântului solar colectate și aduse înapoi pe Pământ de nava spațială Genesis.

Articol preluat de pe site