За всеки и за всичко. Древен ядрен реактор - природна аномалия или извънземна електроцентрала

В Западна Африка, недалеч от екватора, в район, разположен на територията на щата Габон, учените направиха невероятно откритие. Това се случи в самото начало на 70-те години на миналия век, но досега представители на научната общност не са стигнали до консенсус - какво е намерено?

Депозитите на уранова руда са често срещано явление, макар и доста рядко. Откритата в Габон уранова мина обаче се оказа не просто находище на ценен минерал, а работеше като... истински ядрен реактор! Открити са шест уранови зони, в които протича истинска реакция на делене на уранови ядра!

Изследванията показват, че реакторът е пуснат преди около 1900 милиона години и е работил в режим на бавно кипене в продължение на няколкостотин хиляди години.

Мненията на представители на науката относно феномена са разделени. По-голямата част от експертите застанаха на страната на теорията, според която ядреният реактор в Габон стартира спонтанно поради съвпадението на условията, необходими за подобно изстрелване.

Не всички обаче бяха доволни от това предположение. И имаше основателни причини за това. Много неща казаха, че реакторът в Габон, въпреки че няма части, които външно приличат на творения на мислещи същества, все пак е продукт на дейността на разумни същества.

Нека дадем няколко факта. Тектоничната активност в района, в който е открит реакторът, е била необичайно висока по време на работата му. Проучванията обаче показват, че най-малкото разместване на почвените слоеве със сигурност ще доведе до спиране на реактора. Но тъй като реакторът е работил стотици хиляди години, това не се е случило. Кой или какво замрази тектониката, докато реакторът работеше? Може би тези, които са го пуснали, са го направили? По-нататък. Както вече беше споменато, подземните води бяха използвани като модератор. За да се осигури постоянна работа на реактора, някой трябваше да регулира мощността, която доставя, тъй като ако беше много, водата изкипваше и реакторът спираше. Тези и някои други точки предполагат, че реакторът в Габон е нещо с изкуствен произход. Но кой на Земята е имал такава технология преди два милиарда години?

Каквото и да кажете, отговорът е прост, макар и малко банален. Само извънземни от космоса могат да направят това. Напълно възможно е да са дошли при нас от централната област на Галактиката, където звездите са много по-стари от Слънцето, а техните планети са по-стари. В тези светове животът е имал възможността да възникне много по-рано, във време, когато Земята все още не е била много удобен свят.

Защо е било необходимо на извънземните да създадат стационарен ядрен реактор с висока мощност? Кой знае... Може би са оборудвали "космическа станция за зареждане" на Земята, а може би...

Има хипотеза, че високоразвитите цивилизации на определен етап от своето развитие „поемат патронаж“ над живота, възникващ на други планети. И дори имат пръст в превръщането на безжизнените светове в обитаеми. Може би тези, които построиха африканското чудо, принадлежаха на тези хора? Може би са използвали енергията на реактора за тераформиране? Учените все още спорят как е възникнала толкова богатата на кислород земна атмосфера. Едно от предположенията е хипотезата за електролизата на водите на Световния океан. А електролизата, както знаете, изисква много електричество. Така че може би извънземните са създали Габонския реактор за това? Ако е така, тогава той явно не е единственият. Много е възможно някой ден да се намерят и други като него.

Както и да е, габонското чудо ни кара да се замислим. Мислете и търсете отговори.

Преди два милиарда години, на едно от местата на нашата планета, геоложките условия се развиха по удивителен начин, случайно и спонтанно образувайки термоядрен реактор. Работеше стабилно милион години, а радиоактивните му отпадъци отново по естествен път, без да застрашават никого, се съхраняваха в природата през цялото време, изминало от момента на спирането му. Би било хубаво да разберем как го е направил, нали?

Реакция на ядрено делене (кратка информация)

Преди да започнем историята как се е случило това, нека набързо да си припомним какво представлява реакцията на делене. Това се случва, когато тежко ядрено ядро ​​се разпадне на по-леки елементи и свободни фрагменти, освобождавайки огромни количества енергия. Споменатите фрагменти са малки и леки атомни ядра. Те са нестабилни и следователно изключително радиоактивни. Те съставляват по-голямата част от опасните отпадъци в ядрената енергетика.

Освен това се отделят разпръснати неутрони, които са в състояние да възбудят съседни тежки ядра до състояние на делене. Така всъщност се получава верижна реакция, която може да се контролира в едни и същи атомни централи, осигуряващи енергия за нуждите на населението и икономиката. Една неконтролирана реакция може да бъде катастрофално разрушителна. Следователно, когато хората изграждат ядрен реактор, те трябва да работят усилено и да вземат много предпазни мерки, за да започнат термоядрена реакция.

На първо място, трябва да направите делене на тежък елемент - обикновено за тази цел се използва уран. В природата се среща главно под формата на три изотопа. Най-често срещаният от тях е уран-238. Може да се намери на много места на планетата – на сушата и дори в океаните. Само по себе си обаче не може да се раздели, тъй като е доста стабилно. От друга страна, уран-235 има необходимата нестабилност, но делът му в природата е само около 1 процент. Следователно след добива уранът се обогатява - делът на уран-235 в общата маса се увеличава до 3%.

Но това не е всичко - термоядреният реактор от съображения за безопасност изисква модератор за неутроните, така че да останат под контрол и да не предизвикват неконтролирана реакция. Повечето реактори използват вода за тази цел. В допълнение, контролните пръти на тези структури са направени от материали, които също абсорбират неутрони, като сребро. Водата, в допълнение към основната си функция, охлажда реактора. Това е опростено описание на технологията, но дори от това е ясно колко е сложна. Най-добрите умове на човечеството прекараха десетилетия, за да го осъществят. И тогава разбрахме, че природата е създала точно същото нещо и то случайно. Има нещо невероятно в това, нали?

Габон - родното място на ядрените реактори

Тук обаче трябва да си припомним, че преди два милиарда години е имало много повече уран-235. Поради това, че се разпада много по-бързо от уран-238. В Габон, в район, наречен Окло, концентрацията му е достатъчна, за да предизвика спонтанна термоядрена реакция. Предполага се, че на това място е имало нужното количество модератор - най-вероятно вода, поради което всичко това не е завършило с огромна експлозия. Също така в тази среда нямаше материали, които абсорбират неутрони, в резултат на което реакцията на делене се поддържаше дълго време.

Това е единственият естествен ядрен реактор, известен на науката. Но това не означава, че той винаги е бил толкова уникален. Други може да са се преместили по-дълбоко в земната кора в резултат на движението на тектоничните плочи или да са изчезнали поради ерозия. Възможно е също така те просто все още да не са открити. Между другото, този естествен габонски феномен също не е оцелял до днес - той е напълно разработен от миньори. Благодарение на това те научиха за това - навлязоха дълбоко в земята в търсене на уран за обогатяване, а след това се върнаха на повърхността, почесвайки главите си в недоумение и опитвайки се да разрешат дилемата - „Или някой е откраднал почти 200 килограма на уран-235 от тук, или това е естествен ядрен реактор, който вече го е изгорил напълно. Верният отговор е след второто „или“, ако някой не е проследил нишката на презентацията.

Защо габонският реактор е толкова важен за науката?

Въпреки това, това е много важен обект за науката. Поради това, че работи без вреда за околната среда около милион години. Нито един грам отпадък не е изтекъл в природата, нищо в нея не е засегнато! Това е изключително необичайно, тъй като страничните продукти от деленето на урана са изключително опасни. Все още не знаем какво да правим с тях. Един от тях е цезият. Има и други елементи, които могат директно да навредят на човешкото здраве, но именно заради цезия руините на Чернобил и Фукушима ще останат опасни за дълго време.

Габонски естествен ядрен реактор

Учените, които наскоро изследваха мините в Окло, установиха, че цезият в този естествен реактор е абсорбиран и свързан от друг елемент - рутений. Той е много рядък в природата и не можем да го използваме в индустриален мащаб за неутрализиране на ядрени отпадъци. Но разбирането как работи реакторът може да ни даде надежда, че можем да намерим нещо подобно и да се отървем от този дългогодишен проблем, пред който е изправено човечеството.

Естествени ядрени реактори съществуват! По едно време изключителният ядрен физик Енрико Ферми помпозно заяви, че само човек може да създаде ядрен реактор... Но както се оказа много десетилетия по-късно, той греши - той също произвежда ядрени реактори! Те са съществували преди много стотици милиони години, бълбукайки в ядрени верижни реакции. Последният от тях, естественият ядрен реактор Окло, изгасна преди 1,7 милиарда години, но все още излъчва радиация.

Защо, къде, как и най-важното какви са последствията от възникването и действието на този природен феномен?

Естествените ядрени реактори могат да бъдат създадени от самата майка природа - за това ще бъде достатъчно необходимата концентрация на изотопа уран-235 (235U) да се натрупа на едно „място“. Изотопът е уникален вид химичен елемент, който се различава от другите по това, че има повече или по-малко неутрони в ядрото на атома, докато броят на протоните и електроните остава постоянен.

Например уранът винаги има 92 протона и 92 електрона, но броят на неутроните варира: 238U има 146 неутрона, 235U има 143, 234U има 142, 233U има 141 и т.н. ... В естествените минерали - на Земята, на други планети и в метеоритите - основната маса винаги е 238U (99,2739%), а изотопите 235U и 234U са представени само в следи - съответно 0,720% и 0,0057%.

Ядрената верижна реакция започва, когато концентрацията на изотопа уран-235 надвиши 1% и колкото по-интензивна е, толкова по-интензивна е. Именно защото изотопът на уран-235 е много разпръснат в природата, се смяташе, че естествени ядрени реактори не могат да съществуват. Между другото, в ядрените реактори на електроцентралите 235U се използва като гориво и в атомни бомби.

Въпреки това, през 1972 г. в уранови мини близо до Окло в Габон, Африка, учените откриха 16 естествени ядрени реактора, които са били активни преди почти 2 милиарда години... Сега те са спрели и концентрацията на 235U в тях е по-малка, отколкото беше в “нормални” природни условия - 0,717%.

Тази, макар и оскъдна разлика, в сравнение с „нормалните“ минерали, принуди учените да направят единственото логично заключение - тук наистина работят естествени ядрени реактори. Освен това потвърждението беше високата концентрация на разпадни продукти на ядрата на уран-235, подобно на това, което се случва в изкуствените реактори. Когато атом на уран-235 се разпада, неутроните излизат от ядрото му, удряйки ядрото на уран-238, те го превръщат в уран-239, който от своя страна губи 2 електрона, превръщайки се в плутоний-239...

Именно този механизъм генерира повече от два тона плутоний-239 в Окло. Учените са изчислили, че по време на „пускането“ на естествения ядрен реактор Окло, преди около 2 милиарда години (периодът на полуразпад на 235U е 6 пъти по-бърз от 238U - 713 милиона години), делът на 235U е бил повече от 3%, което е еквивалентно на промишлено обогатен уран.

За да продължи ядрената реакция, необходим фактор е забавянето на бързите неутрони, които се излъчват от ядрата на уран-235. Този фактор, както и в създадените от човека реактори, беше обикновена вода.

Реакторът започна да работи, когато богатите на уран порести скали в Окло бяха наводнени с подземни води и действаха като някакъв вид модератори на неутрони. Топлината, отделена в резултат на реакцията, кара водата да кипи и да се изпарява, забавяйки и впоследствие спирайки верижната ядрена реакция.

И след като цялата скала се охлади и всички краткотрайни изотопи се разпаднаха (това са така наречените неутронни отрови, които са способни да абсорбират неутрони и да спрат реакцията), водната пара се кондензира, наводнявайки скалата и реакцията се подновява.

Учените изчисляват, че реакторът е бил „включен“ за 30 минути, докато водата се изпари, и „изключен“ за 2,5 часа, докато парата се кондензира. Този цикличен процес напомняше съвременните гейзери и продължи няколкостотин хиляди години. По време на разпадането на ядрата на продуктите на разпадане на уран, главно радиоактивни изотопи на йода, се образуват пет изотопа на ксенона.

Всичките 5 изотопа в различни концентрации са открити в такива естествени реакторни скали. Именно концентрацията и съотношението на изотопите на този благороден газ (ксенонът е много тежък и радиоактивен газ) направи възможно установяването на периодичността, с която „работи“ реакторът Окло.

Разпадането на ядрото на атом на уран-235 (големи атоми) причинява излъчване на бързи неутрони, които трябва да бъдат забавени от вода за по-нататъшни ядрени реакции (малки молекули)

Известно е, че високата радиация е вредна за живите организми. Следователно на местата, където съществуваха естествени ядрени реактори, очевидно имаше „мъртви точки“, където нямаше живот, защото ДНК се разрушава от радиоактивно йонизиращо лъчение. Но в края на петното, където нивото на радиация беше много по-ниско, имаше чести мутации, което означава, че постоянно се появяват нови видове.

Учените все още не знаят ясно как е възникнал животът на Земята. Те знаят само, че това изисква силен енергиен импулс, който ще допринесе за образуването на първите органични полимери. Смята се, че такива импулси могат да бъдат мълнии, вулкани, падания на метеорити и астероиди, но през последните години беше предложено да се вземе като отправна точка хипотезата, че такъв импулс може да бъде създаден от естествени ядрени реактори. Кой знае …

По време на рутинен анализ на проби от уранова руда беше разкрит много странен факт - процентното съдържание на уран-235 беше под нормата. Природният уран съдържа три изотопа с различни атомни маси. Най-често срещаният е уран-238, най-редкият е уран-234, а най-интересен е уран-235, който поддържа верижна ядрена реакция. Навсякъде - в земната кора, на Луната и дори в метеоритите - атомите на уран-235 съставляват 0,720% от общото количество уран. Но пробите от находището Окло в Габон съдържат само 0,717% уран-235. Това малко несъответствие беше достатъчно, за да предупреди френските учени. По-нататъшни изследвания показаха, че от рудата липсват около 200 кг – достатъчно за направата на половин дузина ядрени бомби.

Повече от дузина зони, където някога са протичали ядрени реакции, са открити в открита уранова мина в Окло, Габон.

Експерти от Френската комисия по атомна енергия бяха озадачени. Отговорът беше 19-годишна статия, в която Джордж У. Уедърил от Калифорнийския университет в Лос Анджелис и Марк Г. Инграм от Чикагския университет предполагат съществуването на естествени ядрени реактори в далечното минало. Скоро Пол К. Курода, химик от университета в Арканзас, идентифицира „необходимите и достатъчни“ условия за спонтанно възникване на самоподдържащ се процес на делене в тялото на ураново находище.

Според неговите изчисления размерът на депозита трябва да надвишава средната дължина на пътя на неутроните, причиняващи делене (около 2/3 метра). Тогава неутроните, излъчени от едно разцепено ядро, ще бъдат погълнати от друго ядро, преди да напуснат урановата вена.

Концентрацията на уран-235 трябва да е доста висока. Днес дори голямо находище не може да стане ядрен реактор, тъй като съдържа по-малко от 1% уран-235. Този изотоп се разпада приблизително шест пъти по-бързо от уран-238, което предполага, че в далечното минало, например преди 2 милиарда години, количеството на уран-235 е било около 3% - приблизително същото като в обогатения уран, използван като гориво в повечето атомни електроцентрали. Също така трябва да има вещество, което може да забави неутроните, излъчвани от деленето на уранови ядра, така че те по-ефективно да предизвикат деленето на други уранови ядра. И накрая, рудната маса не трябва да съдържа забележими количества бор, литий или други така наречени ядрени отрови, които активно абсорбират неутрони и биха предизвикали бързо спиране на всяка ядрена реакция.

Естествени реактори на делене са открити само в сърцето на Африка - в Габон, в Окло и съседните уранови мини в Окелобондо и на мястото на Бунгомбе, разположено на около 35 км.

Изследователите са открили, че условията, създадени преди 2 милиарда години на 16 отделни места както в Окло, така и в съседните уранови мини в Окелобондо, са били много близки до описаното от Курода (вижте „Божественият реактор“, „Светът на науката“, № 1 , 2004). Въпреки че всички тези зони бяха открити преди десетилетия, едва наскоро успяхме най-накрая да разберем какво се случва в един от тези древни реактори.

Проверка със светлинни елементи

Скоро физиците потвърдиха предположението, че намаляването на съдържанието на уран-235 в Окло е причинено от реакции на делене. Безспорни доказателства се появиха от изследването на елементи, произведени по време на деленето на тежко ядро. Концентрацията на продуктите от разлагането се оказа толкова висока, че подобно заключение беше единственото правилно. Преди 2 милиарда години тук е извършена ядрена верижна реакция, подобна на тази, която Енрико Ферми и колегите му блестящо демонстрират през 1942 г.

Физиците от цял ​​свят проучват доказателства за съществуването на естествени ядрени реактори. Учените представиха резултатите от работата си върху "феномена Окло" на специална конференция в столицата на Габон, Либревил, през 1975 г. На следващата година Джордж А. Коуън, представляващ Съединените щати на тази среща, написа статия за Scientific Американско списание (вижте „Естествен реактор на делене“ от Джордж А. Коуан, юли 1976 г.).

Cowan обобщи информацията и описа какво се случва на това невероятно място: някои от неутроните, освободени от деленето на уран-235, се улавят от ядрата на по-разпространения уран-238, който се превръща в уран-239 и след излъчване на две електрони става плутоний-239. Така че повече от два тона от този изотоп са били образувани в Окло. Част от плутония след това се разпада, както се вижда от наличието на характерни продукти на делене, което кара изследователите да заключат, че тези реакции трябва да са продължили стотици хиляди години. От използваното количество уран-235 са изчислили количеството отделена енергия – около 15 хиляди MW-години. Според това и други доказателства средната мощност на реактора се оказа по-малка от 100 kW, тоест би била достатъчна за работа на няколко десетки тостера.

Как са възникнали повече от дузина естествени реактори? Как е била осигурена тяхната постоянна сила в продължение на няколкостотин хилядолетия? Защо не са се самоунищожили веднага след като са започнали ядрените верижни реакции? Какъв механизъм осигури необходимото саморегулиране? Дали реакторите са работили непрекъснато или с прекъсвания? Отговорите на тези въпроси не се появиха веднага. И последният въпрос беше хвърлен светлина съвсем наскоро, когато моите колеги и аз започнахме да изучаваме проби от мистериозна африканска руда във Вашингтонския университет в Сейнт Луис.

Разделяне в детайли

Верижните ядрени реакции започват, когато един свободен неутрон удари ядрото на делящ се атом, като например уран-235 (горе вляво). Ядрото се разделя, произвеждайки два по-малки атома и излъчвайки други неутрони, които излитат с висока скорост и трябва да бъдат забавяни, преди да могат да причинят разделяне на други ядра. В находището Окло, точно както в съвременните ядрени реактори с лека вода, модераторът е обикновена вода. Разликата е в системата за управление: атомните електроцентрали използват пръчки, поглъщащи неутрони, докато реакторите на Окло просто се нагряват, докато водата изври.

Какво крие благородният газ?

Работата ни в един от реакторите на Окло се съсредоточи върху анализа на ксенон, тежък инертен газ, който може да остане в капан в минералите милиарди години. Ксенонът има девет стабилни изотопа, които се появяват в различни количества в зависимост от естеството на ядрените процеси. Тъй като е благороден газ, той не реагира химически с други елементи и следователно е лесен за пречистване за изотопен анализ. Ксенонът е изключително рядък, което прави възможно използването му за откриване и проследяване на ядрени реакции, дори ако са се случили преди раждането на Слънчевата система.

Атомите на уран-235 съставляват около 0,720% от естествения уран. Така че когато работниците откриха, че уранът от кариерата в Окло съдържа малко над 0,717% уран, те бяха изненадани.Тази цифра се различава значително от резултатите от анализа на други проби от уранова руда (по-горе). Очевидно в миналото съотношението на уран-235 към уран-238 е било много по-високо, тъй като полуживотът на уран-235 е много по-кратък. При такива условия става възможна реакция на разделяне. Когато урановите находища в Окло са се образували преди 1,8 милиарда години, естественото съдържание на уран-235 е било около 3%, същото като в горивото на ядрения реактор. Когато Земята се е формирала преди приблизително 4,6 милиарда години, съотношението е било по-голямо от 20%, нивото, при което уранът днес се счита за „оръжеен клас“.

Анализирането на изотопния състав на ксенона изисква масспектрометър, инструмент, който може да сортира атомите по теглото им. Имахме късмета да имаме достъп до изключително точен ксенонов масспектрометър, създаден от Charles M. Hohenberg. Но първо трябваше да извлечем ксенона от нашата проба. Обикновено минерал, съдържащ ксенон, се нагрява над точката си на топене, причинявайки колапс на кристалната структура и вече не може да задържа съдържащия се в него газ. Но за да съберем повече информация, ние използвахме по-фин метод - лазерна екстракция, която ни позволява да стигнем до ксенона в определени зърна и да оставим областите в близост до тях недокоснати.

Обработихме много малки участъци от единствената скала, която имахме от Окло, която беше само 1 mm дебела и 4 mm широка. За прецизно насочване на лазерния лъч използвахме подробната рентгенова карта на обекта на Олга Прадивцева, която също идентифицира съставните му минерали. След екстракцията пречистихме освободения ксенон и го анализирахме в масов спектрометър на Hohenberg, който ни даде броя на атомите на всеки изотоп.

Тук ни очакваха няколко изненади: първо, в богатите на уран минерални зърна нямаше газ. Голяма част от него беше уловена в минерали, съдържащи алуминиев фосфат, който съдържаше най-високата концентрация на ксенон, откривана някога в природата. Второ, извлеченият газ се различава значително по изотопен състав от обикновено образувания в ядрените реактори. В него практически нямаше ксенон-136 и ксенон-134, докато съдържанието на по-леките изотопи на елемента остана същото.

Ксенонът, извлечен от зърна от алуминиев фосфат в пробата на Окло, имаше любопитен изотопен състав (вляво), несъвместим с този, получен от деленето на уран-235 (в центъра), и за разлика от изотопния състав на атмосферния ксенон (вдясно). Трябва да се отбележи, че количествата ксенон-131 и -132 са по-високи, а количествата -134 и -136 по-ниски, отколкото биха се очаквали от деленето на уран-235. Въпреки че първоначално тези наблюдения озадачиха автора, по-късно той осъзна, че те съдържат ключа към разбирането на работата на този древен ядрен реактор.

Каква е причината за подобни промени? Може би това е резултат от ядрени реакции? Внимателният анализ позволи на мен и моите колеги да отхвърлим тази възможност. Разгледахме и физическото сортиране на различни изотопи, което понякога се случва, защото по-тежките атоми се движат малко по-бавно от техните по-леки двойници. Това свойство се използва в заводите за обогатяване на уран за производство на гориво за реактори. Но дори ако природата можеше да приложи подобен процес в микроскопичен мащаб, съставът на сместа от ксенонови изотопи в зърната на алуминиевия фосфат би бил различен от това, което открихме. Например намалението на ксенон-136 (4 атомни единици маса по-тежък), измерено спрямо количеството ксенон-132, би било два пъти по-голямо, отколкото за ксенон-134 (2 атомни единици маса по-тежко), ако физическото сортиране е в действие. Ние обаче не видяхме нищо подобно.

След като анализирахме условията за образуване на ксенон, забелязахме, че нито един от неговите изотопи не е пряк резултат от деленето на урана; всички те са били продукти от разпадането на радиоактивни изотопи на йода, които от своя страна са били образувани от радиоактивен телур и т.н., според известната последователност от ядрени реакции. В същото време различни изотопи на ксенон в нашата проба от Окло се появяват в различни моменти от време. Колкото по-дълго живее определен радиоактивен прекурсор, толкова по-забавено е образуването на ксенон от него. Например, образуването на ксенон-136 започна само минута след началото на самоподдържащото се делене. Час по-късно се появява следващият по-лек стабилен изотоп ксенон-134. След това, няколко дни по-късно, ксенон-132 и ксенон-131 се появяват на сцената. Накрая, след милиони години и дълго след спирането на верижните ядрени реакции, се образува ксенон-129.

Ако находищата на уран в Окло останаха затворена система, ксенонът, натрупан по време на работата на естествените й реактори, щеше да запази нормалния си изотопен състав. Но системата не беше затворена, което може да се потвърди от факта, че реакторите в Окло някак си се регулираха. Най-вероятният механизъм включва участието на подпочвените води в този процес, които изкипят, след като температурата достигне определено критично ниво. Когато водата, която действаше като модератор на неутрони, се изпари, верижните ядрени реакции временно спряха и след като всичко се охлади и достатъчно количество подпочвена вода отново проникна в реакционната зона, деленето можеше да се възобнови.

Тази картина изяснява две важни точки: реакторите могат да работят с прекъсвания (включване и изключване); През тази скала трябва да са преминали големи количества вода, достатъчни да отмият някои от прекурсорите на ксенона, а именно телур и йод. Наличието на вода също помага да се обясни защо по-голямата част от ксенона сега се намира в зърна от алуминиев фосфат, а не в богати на уран скали. Зърната на алуминиевия фосфат вероятно са били образувани от вода, загрята от ядрен реактор, след като се е охладила до приблизително 300°C.

По време на всеки активен период на реактора Oklo и известно време след това, докато температурата остава висока, по-голямата част от ксенона (включително ксенон-136 и -134, които се генерират относително бързо) се отстранява от реактора. Докато реакторът се охлаждаше, прекурсорите на ксенон с по-дълъг живот (тези, които по-късно ще произведат ксенон-132, -131 и -129, които открихме в по-големи количества) се включиха в растящите зърна от алуминиев фосфат. След това, когато повече вода се връща в реакционната зона, неутроните се забавят до желаната степен и реакцията на делене започва отново, причинявайки повторение на цикъла на нагряване и охлаждане. Резултатът беше специфично разпределение на ксенонови изотопи.

Не е напълно ясно какви сили са задържали този ксенон в алуминиевите фосфатни минерали почти половината от живота на планетата. По-специално, защо ксенонът, който се появи в даден цикъл на работа на реактора, не беше изхвърлен през следващия цикъл? Предполага се, че структурата на алуминиевия фосфат е успяла да задържи ксенона, образуван вътре в нея, дори при високи температури.

Опитите да се обясни необичайният изотопен състав на ксенона в Окло също изискват разглеждане на други елементи. Особено внимание беше привлечено от йода, от който се образува ксенон при радиоактивно разпадане. Симулацията на процеса на образуване на продукти на делене и тяхното радиоактивно разпадане показа, че специфичният изотопен състав на ксенона е следствие от цикличното действие на реактора.Този цикъл е изобразен на три диаграми по-горе.

График за работа в природата

След като беше разработена теорията за появата на ксенон в зърната на алуминиев фосфат, ние се опитахме да приложим този процес в математически модел. Нашите изчисления изясниха много за работата на реактора, а получените данни за изотопите на ксенона доведоха до очакваните резултати. Реакторът Oklo беше „включен“ за 30 минути и „изключен“ за поне 2,5 часа. Някои гейзери функционират по подобен начин: те бавно се нагряват, кипят, освобождавайки част от подпочвените води, повтаряйки този цикъл ден след ден, година след година. По този начин подземните води, преминаващи през находището Окло, могат не само да действат като модератор на неутрони, но и да „регулират“ работата на реактора. Това беше изключително ефективен механизъм, предотвратяващ стопяването или експлозията на структурата в продължение на стотици хиляди години.

Ядрените инженери имат какво да научат от Oklo. Например как да се справят с ядрените отпадъци. Oklo е пример за дългосрочно геоложко хранилище. Затова учените подробно изучават процесите на миграция на продуктите на делене от естествените реактори във времето. Те също така внимателно проучват същата зона на древно ядрено делене на мястото на Бангомбе, на около 35 км от Окло. Реакторът в Bungombe е от особен интерес, тъй като е на по-малки дълбочини, отколкото в Oklo и Okelobondo и доскоро през него течеше повече вода. Такива удивителни обекти подкрепят хипотезата, че много видове опасни ядрени отпадъци могат да бъдат успешно изолирани в подземни хранилища.

Примерът с Окло демонстрира и начин за съхраняване на някои от най-опасните видове ядрени отпадъци. От началото на промишленото използване на ядрената енергия в атмосферата са изхвърлени огромни количества радиоактивни инертни газове (ксенон-135, криптон-85 и др.), генерирани в ядрени инсталации. В природните реактори тези отпадъчни продукти се улавят и задържат милиарди години от минерали, съдържащи алуминиев фосфат.

Древните реактори тип Oklo също могат да повлияят на разбирането на фундаментални физични величини, например физическата константа, означена с буквата α (алфа), свързана с такива универсални величини като скоростта на светлината (вижте „Непостоянни константи“, „В Светът на науката”, № 9, 2005 г.). В продължение на три десетилетия феноменът Окло (2 милиарда години) се използва като аргумент срещу промените в α. Но миналата година Стивън К. Ламоро и Джъстин Р. Торгерсън от Националната лаборатория в Лос Аламос установиха, че тази „константа“ се променя значително.

Дали тези древни реактори в Габон са единствените, образувани някога на Земята? Преди два милиарда години условията, необходими за самоподдържащо се делене, не бяха много редки, така че може би някой ден ще бъдат открити други природни реактори. И резултатите от анализа на ксенона от пробите могат значително да помогнат в това търсене.

„Феноменът Окло ни напомня за изказването на Е. Ферми, който построи първия ядрен реактор, и П.Л. Капица, който независимо твърди, че само човек е способен да създаде нещо подобно. Древен природен реактор обаче опровергава тази гледна точка, потвърждавайки мисълта на Айнщайн, че Бог е по-сложен...”
С.П. Капица

За автора:
Алекс Мешик(Алекс П. Мешик) завършва Физическия факултет на Ленинградския държавен университет. През 1988 г. защитава докторска дисертация в Института по геохимия и аналитична химия на име. В И. Вернадски. Дисертацията му беше върху геохимията, геохронологията и ядрената химия на благородните газове ксенон и криптон. През 1996 г. Мешик се присъединява към Лабораторията за космически науки във Вашингтонския университет в Сейнт Луис, където в момента изучава благородните газове на слънчевия вятър, събрани и върнати на Земята от космическия кораб Genesis.

Статията е взета от сайта

Корол А.Ю. - ученик от 121 клас SNIYAEiP (Севастополски национален институт за ядрена енергия и промишленост.)
Ръководител – д.ф.н. , доцент от катедрата на YaPPU SNIYAEiP Vakh I.V., st. Репина 14 кв. 50

В Окло (уранова мина в щата Габон, близо до екватора, западна Африка) е работил естествен ядрен реактор преди 1900 милиона години. Бяха идентифицирани шест "реакторни" зони, във всяка от които бяха открити признаци на реакция на делене. Останки от разпад на актинид показват, че реакторът е работил в режим на бавно кипене в продължение на стотици хиляди години.

През май - юни 1972 г., по време на рутинни измервания на физическите параметри на партида естествен уран, пристигнала в завода за обогатяване във френския град Пиерла от африканското находище Окло (уранова мина в Габон, държава, разположена близо до екватора на запад Африка), беше открито, че изотопът U-235 в получения природен уран е по-нисък от стандартния. Установено е, че уранът съдържа 0,7171% U-235. Нормалната стойност за естествения уран е 0,7202%
U - 235. Във всички уранови минерали, във всички скали и природни води на Земята, както и в лунни проби, това съотношение е изпълнено. Находището Окло досега е единственият случай, регистриран в природата, когато тази последователност е нарушена. Разликата беше незначителна - само 0,003%, но въпреки това привлече вниманието на технолозите. Възникна съмнение, че има саботаж или кражба на делящ се материал, т.е. U - 235. Оказа се обаче, че отклонението в съдържанието на U-235 се дължи на източника на урановата руда. Там някои проби показаха по-малко от 0,44% U-235.Пробите бяха взети в цялата мина и показаха систематично намаляване на U-235 в някои вени. Тези рудни жили са с дебелина повече от 0,5 метра.
Предположението, че U-235 е „изгорял“, както се случва в пещите на атомните електроцентрали, първоначално звучеше като шега, въпреки че имаше сериозни причини за това. Изчисленията показват, че ако масовата част на подпочвените води във формацията е около 6% и ако естественият уран е обогатен до 3% U-235, тогава при тези условия естественият ядрен реактор може да започне да работи.
Тъй като мината се намира в тропическа зона и доста близо до повърхността, съществуването на достатъчно подземни води е много вероятно. Съотношението на изотопите на урана в рудата беше необичайно. U-235 и U-238 са радиоактивни изотопи с различен период на полуразпад. U-235 има период на полуразпад от 700 милиона години, а U-238 се разпада с период на полуразпад от 4,5 млрд. Изотопното изобилие на U-235 е в процес на бавна промяна в природата. Например, преди 400 милиона години е трябвало да има 1% U-235 в естествения уран, преди 1900 милиона години е бил 3%, т.е. необходимото количество за „критичността“ на жилата на уранова руда. Смята се, че тогава е работил реакторът Окло. Бяха идентифицирани шест "реакторни" зони, във всяка от които бяха открити признаци на реакция на делене. Например торий от разпада на U-236 и бисмут от разпада на U-237 са открити само в реакторните зони на находището Окло. Остатъците от разпадането на актинидите показват, че реакторът е работил в режим на бавно кипене в продължение на стотици хиляди години. Реакторите са саморегулиращи се, тъй като твърде голямата мощност би довела до пълно кипене на водата и спиране на реактора.
Как природата успя да създаде условия за ядрена верижна реакция? Първо, в делтата на древната река се е образувал слой от пясъчник, богат на уранова руда, който лежи върху силно базалтово легло. След поредното земетресение, обичайно в онези времена на насилие, базалтовата основа на бъдещия реактор потъва няколко километра, повличайки със себе си уранова жила. Жилата се пропука и подпочвените води проникнаха в пукнатините. Тогава друг катаклизъм издигна цялата „инсталация“ до съвременното ниво. В ядрените пещи на атомните електроцентрали горивото се намира в компактни маси вътре в модератора - хетерогенен реактор. Това се случи в Окло. Водата служи като модератор. В рудата се появиха глинени „лещи“, където концентрацията на естествен уран се увеличи от обичайните 0,5% до 40%. Как са се образували тези компактни блокове уран не е точно установено. Може би са създадени от филтрационни води, които са отнесли глина и са обединили урана в една маса. Веднага след като масата и дебелината на слоевете, обогатени с уран, достигнаха критични размери, в тях настъпи верижна реакция и инсталацията започна да работи. В резултат на работата на реактора са образувани около 6 тона продукти на делене и 2,5 тона плутоний. Повечето от радиоактивните отпадъци са останали в кристалната структура на минерала уранит, открит в рудното тяло Окло. Елементи, които не могат да проникнат през решетката на уранит, тъй като йонният радиус е твърде голям или твърде малък, дифундират навън или се излугват. През 1900 милиона години, откакто работят реакторите на Окло, най-малко половината от повече от тридесет продукта на делене са се свързали в рудата, въпреки изобилието от подземни води в находището. Свързаните продукти на делене включват елементите: La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Y, Zr, Ru, Rh, Pd, Ni, Ag. Открита е частична миграция на Pb, а миграцията на Pu е ограничена до разстояния под 10 метра. Само метали с валентност 1 или 2, т.е. тези с висока водоразтворимост бяха отнесени. Както се очакваше, почти не остана Pb, Cs, Ba и Cd на мястото. Изотопите на тези елементи имат относително кратък полуживот от десетки години или по-малко, така че те се разпадат до нерадиоактивно състояние, преди да могат да мигрират далеч в почвата. Най-голям интерес от гледна точка на дългосрочните проблеми на опазването на околната среда представляват въпросите за миграцията на плутония. Този нуклид е ефективно свързан за почти 2 милиона години. Тъй като сега плутоният почти напълно се е разпаднал до U-235, неговата стабилност се доказва от липсата на излишък от U-235 не само извън зоната на реактора, но и извън уранитните зърна, където се е образувал плутоний по време на работа на реактора.
Това уникално късче природа съществува от около 600 хиляди години и произвежда приблизително 13 000 000 kW. час енергия. Средната му мощност е само 25 kW: 200 пъти по-малко от тази на първата атомна електроцентрала в света, която осигурява електричество на град Обнинск близо до Москва през 1954 г. Но енергията на естествения реактор не е била изразходвана напразно: според някои хипотези именно разпадането на радиоактивни елементи е доставяло енергия на затоплящата се Земя.
Може би тук е добавена и енергията на подобни ядрени реактори. Колко от тях са скрити под земята? И реакторът в това Окло в онова древно време със сигурност не беше изключение. Има хипотези, че работата на такива реактори е „подтикнала“ развитието на живите същества на земята, че възникването на живота е свързано с влиянието на радиоактивността. Данните показват по-висока степен на еволюция на органичната материя при приближаването на реактора Oklo. Може да е повлияло на честотата на мутациите на едноклетъчни организми, които са попаднали в зона с повишени нива на радиация, което е довело до появата на човешките предци. Във всеки случай животът на Земята е възникнал и е преминал през дълъг път на еволюция на нивото на естествения радиационен фон, който се е превърнал в необходим елемент в развитието на биологичните системи.
Създаването на ядрен реактор е иновация, с която хората се гордеят. Оказва се, че създаването му отдавна е записано в патентите на природата. След като построи ядрен реактор, шедьовър на научно-техническата мисъл, човекът всъщност се оказа имитатор на природата, която създаде съоръжения от този вид преди много милиони години.