Как работает природный ядерный реактор, запущенный раньше появления человека
Под землей можно найти еще и не такие чудеса, как ядерный реактор.
Атомная энергетика сейчас кажется отличным источником энергии. Она эффективная, относительно дешевая, а ресурсов для обеспечения ее работы хватит еще на очень долгое время. Но за два миллиарда лет до того, как человечество совершило исторический прорыв и расщепило атом, Земля уже сделала это самостоятельно и управляла собственными ядерными реакторами. Они работали сотни тысяч лет, в период появления первых признаков многоклеточной жизни. Все это показывает насколько сложным механизмом является наша планета, и открывает новые возможности для исследований.
Природный ядерный реактор
В 1972 году инженеры завода по переработке урана Eurodif в Пьерлате, Франция, проверяли урановую руду, доставленную из богатого природными ресурсами Габона в Западной Африке, когда заметили нечто странное. Содержание урана-235 было ниже ожидаемого, причем не в отдельных образцах, а во всех камнях с этого конкретного месторождения.
Обычно пропорции изотопов урана в руде не меняются от месторождения к месторождению, а любые изменения возможны только в ходе ядерной реакции. В породах не хватало урана-235, а природная стабильность соотношения урана как раз и говорит о том, что единственным объяснением было то, что он уже прошел через ядерное деление. По сути, это стало неопровержимым доказательством того, что уран уже использовался как ядерное топливо.
Не забывайте о нашем Дзен, где очень много всего интересного и познавательного!
Как появился ядерный реактор в естественно среде
Физик Фрэнсис Перрен размышлял над открытием, не зная, как его интерпретировать. Природный уран содержит 0,720% урана-235, но эти породы из города Окло в Габоне содержали всего 0,717%. Разница была небольшой — всего 0,003% — но значительной.
Количество изотопов в урановой руде всегда одинаковое, но иногда бывают исключения, как, например, в месторождениях Габона. Изображение: Newatlas
Хотя факты указывали на то, что породы уже участвовали в ядерной реакции, ученые с трудом в это верили. Однако после дополнительного анализа они обнаружили изотопные следы, производимые делением, которые подтвердили: эта урановая руда из Окло когда-то питала природный ядерный реактор — фактически несколько таких реакторов — глубоко под поверхностью Земли.
После дополнительных исследований, включая осмотр на месте, исследователи обнаружили, что урановая руда прошла через деление самостоятельно. Другого объяснения у них просто не было.
Присоединяйтесь к нам в Telegram!
Как работали ядерные реакторы в Габоне
Матушка-природа, похоже, опередила человечество в освоении ядерной энергии почти на два миллиарда лет. Конечно, Земля была совсем другим местом два миллиарда лет назад, и природный уран содержал около 3% урана-235 — аналогично уровню обогащения, используемому в некоторых современных реакторах.
Одного этого недостаточно для самоподдерживающегося ядерного деления, но в Окло грунтовые воды, протекавшие через эти породы, действовали как природный замедлитель нейтронов — подобно тому, как вода используется во многих современных реакторах.
Дальнейшие исследования показали, что эти природные реакторы работали не непрерывно, а циклично включались и выключались на протяжении сотен тысяч лет. Хотя атомы урана-235 иногда распадаются сами по себе, условия в Окло позволили этим редким событиям превратиться в устойчивую цепную реакцию.
Если ищете что-то интересное на AliExpress, не проходите мимо Telegram-канала "Сундук Али-Бабы"!
Атомы водорода в грунтовых водах, заполнявших трещины и поры в окружающей породе, замедляли быстро движущиеся нейтроны, высвобождаемые при делении, ровно настолько, чтобы вызвать дальнейшие расщепления атомов и поддерживать реакцию.
Сейчас на месторождении работают не только работники, занимающиеся добычей, но и исследователи. Изображение: Newatlas
Затем выделяемое тепло выкипало воду, удаляя природный замедлитель нейтронов и останавливая реактор — до тех пор, пока все не остывало и вода снова не начинала течь между камнями.
Как и в созданном человеком легководном ядерном реакторе, реакции деления без чего-либо для замедления нейтронов, их модерации, просто останавливаются. Вода в Окло действовала как замедитель, поглощая нейтроны и контролируя цепную реакцию. — говорит Питер Вудс из Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).
Уникальное открытие двадцатого века
С момента открытия в 1972 году было идентифицировано как минимум 15 реакторов в основном урановом месторождении Окло, а также дополнительные площадки поблизости в Бангомбе. Каждый имеет характерные изотопные следы, которые могли быть созданы только устойчивым ядерным делением. Считается, что каждый из них в активном состоянии производил около 100 киловатт тепловой энергии, что не так много по современным стандартам.
Тем не менее, что одно из самых удивительных и поразительных открытий двадцатого века в областях геонаук и ядерной физики. То, что произошло под поверхностью Земли в Окло, не может происходить естественным образом сегодня. Доля урана-235 в природных месторождениях упала примерно до 0,7% — слишком низкая для поддержания цепной реакции без человеческого обогащения. Хотя этот район продолжает оставаться центром добычи урана, он также стал ценным местом для научных исследований.