Все мы с вами привыкли, что ядерный реактор – это сложное инженерное сооружение, которое относительно недавно было придумано человечеством и заставило приносить пользу путем управляемой ядерной реакцией.
Но наша с вами природа настолько уникальна и разнообразна, что создала свой природный ядерный реактор, который умудрился проработать не одну сотню лет, и было это почти два миллиарда лет тому назад. Про историю открытия и принцип работы этого природного явления и пойдет речь в сегодняшнем материале.
Как открыли природный ядерный реактор
Итак, 1956 год, так называемая Холодная Война идет полным ходом, и каждая более-менее крупная страна стремиться заполучить уран 235, чтобы войти в закрытый клуб ядерных держав. Такое же стремление проявляла и Франция, но на своей территории ей не удалось найти месторождений урана.
Но на удачу французским специалистам удалось отыскать богатый регион Окло в такой стране, как Габон (Франция обладала властью над данной страной как метрополия). Вот только добытый в данном месторождении уран оказался очень странным. Ведь выглядел он так, как будто уже побывал в действующем реакторе.
Это стало известно после проведения обычного масс-спектрометрического анализа, выполненного в 1972 году на обогатительной фабрике.
Просто инженеры столкнулись с уникальным природным явлением – природным ядерным реактором, который, как оказалось, успешно проработал порядка двух миллиардов лет.
Принцип ядерной реакции и период полураспада урана 235
В природе можно найти несколько изотопов урана, но для работы в ядерных реакторах и для начинки ядерных бомб подходит только уран 235. При этом период полураспада этого изотопа равен 700 миллионам лет и в результате этого распада образуется торий 231.
Но стоит только оказать воздействие на уран 235 медленным нейтроном, как он тут же распадется. Это и делает данный элемент таким уникальным.
В природе есть множество источников нейтронного излучения, которые вполне способны запустить реакцию распада. Вот только они движутся слишком быстро, чтобы вступать во взаимодействие с ураном 235, а, значит, должны пройти этап замедления внешним воздействием.
Оказывается, если поместить U235 в обычную воду, то она достаточно замедлит нейтроны, и они окажутся поглощены ураном 235. При этом получится изотоп уран 236, который крайне нестабильный и быстро распадается на барий 141 и криптон 92, а также три нейтрона высокой энергии.
Так вот как только выделенные эти три нейтрона окажутся замедлены водой, они также могут быть поглощены уже тремя изотопами урана 235, которые, в свою очередь, тоже пройдут процесс распада с выделением быстрых нейтронов. Это и спровоцирует возрастающую по экспоненте цепную реакцию ядерного деления.
Ученые уже давно научились выполнять так называемый углеродный анализ, который как раз основан на определении остаточной доли урана 235. В этом плане все просто, если вы знаете, когда образовался уран и что каждые 700 миллионов лет его доля в руде уменьшается вдвое, то определить каково его содержание в руде дело техники.
Так вот считается, что абсолютно весь уран на нашей планете сформировался тогда, тогда наше с вами Солнце стало сверхновой, то есть порядка 6 миллиардов лет тому назад. Отталкиваясь от этих данных получаем, что в урановой руде на Земле концентрация урана 235 должна быть равна 0,72%.
Но проведенный анализ руды с месторождения в Окло показало содержание в 0,717%. На первый взгляд, разница не существенная, но, учитывая объем месторождения, было подсчитано, что в Окло недостает порядка 200 кг чистого урана, а этого на минуточку хватит, чтобы создать несколько атомных бомб.
Я думаю, не стоит говорить, что удивлению французов не было предела, так как, учитывая всю политическую ситуацию и развернувшуюся гонку вооружений между Советским Союзом и США, «пропажа» такого количества урана вызывала огромные опасения и множество вопросов.
Вот только при более тщательном исследовании руды в месторождении ученые так же обнаружили большое количество так называемых продуктов распада урана 235.
Это навело на мысль, что добытый уран 235 уже отработал свое в реакторе и был обратно возвращен в землю.
И, на первый взгляд, это полнейшая бессмыслица, но дальнейшая работа над месторождением показала, что это уникальный объект – единственный в мире природный ядерный реактор.
Принцип работы природного ядерного реактора в Окло
Реактор находился в активной фазе очень давно, а именно порядка 2 миллиардов лет тому назад. При этом в то время концентрация урана в руде была равна 3% прямо как в современных ядерных реакторах.
Проблему замедления нейтронов природа решила за счет грунтовых вод, так как оказалось, что урановая руда была погружена в грунтовый пласт вод. И именно эта вода замедляла нейтроны, которые вступали в реакцию и запускали цепную ядерную реакцию.
И если бы вода постоянно находилась в «реакторе», то все усиливающаяся реакция перешла бы в сверхкритическое состояние и неминуемо произошел бы взрыв.
Но природный реактор в Окло так и не перешел в такое критическое состояние. Ведь вода как запускает реакцию, так и может ее остановить.
На выше представленном рисунке реактор Окло в поперечном разрезе. Так вот проходящая вода через реактор запускала цепную реакцию и заставляла эту область сильно разогреваться, затем спустя определенное время вода закипала и испарялась. Таким образом, реакция останавливалась, так как нечему было замедлять нейтроны.
Когда реактор остывал, то вода вновь набиралась в нем и реакция запускалась. В таком «рабочем» состоянии реактор пробыл очень много лет, пока концентрация урана не упала до такой отметки, что достичь состояния критичности оказалось уже невозможно.
Вот таким образом и работал уникальный природный реактор в Окло, и ученые даже подсчитали, что его мощность была порядка 100 кВт.
Этот факт указывает, что, на первый взгляд, невозможное в природе явление вполне может существовать и природа та еще выдумщица.
Если материал был вам интересен, то оцените его и не забудьте подписаться на канал. Спасибо за внимание!
