Unik naturlig kärnreaktor i Oklo, historia om dess öppning och driftsprincip

Vi är alla vana vid det faktum att en kärnreaktor är en komplex teknisk struktur, som uppfanns relativt nyligen av mänskligheten och gjordes för att ge fördelar genom en kontrollerad kärnreaktion.

Men vår natur är så unik och mångsidig att den har skapat en egen naturlig kärnreaktor, som har lyckats fungera i mer än hundra år, och det var nästan två miljarder år sedan. Upptäckelsens historia och funktionsprincipen för detta naturfenomen kommer att diskuteras i dagens material.

Hur en naturlig kärnreaktor upptäcktes

Så, 1956, är det så kallade kalla kriget i full gång, och vart och ett större land strävar efter att få uran 235 för att komma in i den slutna klubben av kärnkraft. Frankrike visade också samma önskan, men man lyckades inte hitta uranavlagringar på sitt territorium.

Men lyckligtvis lyckades franska specialister hitta den rika Oklo -regionen i ett land som Gabon (Frankrike hade makten över detta land som en metropol). Men det uran som bryts i denna deposition visade sig vara väldigt konstigt. Han såg ju ut som om han redan hade besökt en driftreaktor.

Detta blev känt efter den vanliga masspektrometriska analysen som utfördes 1972 vid koncentratorn.

Det är bara det att ingenjörer stod inför ett unikt naturfenomen - en naturlig kärnreaktor, som, som det visade sig, framgångsrikt har fungerat i cirka två miljarder år.

Kärnreaktionsprincipen och uranets halveringstid 235

Flera isotoper av uran finns i naturen, men endast uran 235 är lämpligt för arbete i kärnreaktorer och för att fylla kärnbomber. Dessutom är halveringstiden för denna isotop 700 miljoner år, och som ett resultat av detta förfall bildas thorium 231.

Men man behöver bara påverka uran 235 med en långsam neutron, eftersom det omedelbart förfaller. Det är det som gör detta element så unikt.

Det finns många källor till neutronstrålning i naturen som är ganska kapabla att utlösa en sönderfallsreaktion. Men de går för snabbt för att interagera med uran 235, vilket betyder att de måste gå igenom en etapp av inbromsning av yttre påverkan.

Det visar sig att om du lägger U235 i vanligt vatten, saktar det ner tillräckligt med neutroner, och de kommer att absorberas av uran 235. Detta kommer att producera isotopen uran 236, som är extremt instabil och snabbt sönderfaller till barium 141 och krypton 92, samt tre högenergin neutroner.

Så, så snart de tilldelade tre neutronerna bromsas av vatten, kan de också absorberas redan tre isotoper av uran 235, som i sin tur också kommer att genomgå en sönderfallsprocess med snabb frigöring neutroner. Detta kommer att framkalla en exponentiellt ökande kedjereaktion av kärnklyvning.

Forskare har länge lärt sig hur man utför den så kallade kolanalysen, som är exakt baserad på bestämning av restfraktionen av uran 235. I detta avseende är allt enkelt, om du vet när uran bildades och att var 700 miljoner år dess andel i malmen halveras, då är det en teknikfråga att avgöra vad dess innehåll är i malmen.

Så man tror att absolut allt uran på vår planet bildades då, då blev vår Sol en supernova, det vill säga för cirka 6 miljarder år sedan. Baserat på dessa data finner vi att koncentrationen av uran 235 i uranmalm på jorden bör vara 0,72%.

Men analysen av malmen från Oklo -fyndigheten visade ett betyg på 0,717%. Vid första anblicken är skillnaden inte signifikant, men med tanke på insättningens volym uppskattades det i Oklo cirka 200 kg rent uran saknas, och detta kommer att räcka i en minut för att skapa flera atom bomber.

Jag tycker inte att det är värt att säga att det inte fanns någon gräns för fransmännens överraskning, eftersom med tanke på hela den politiska situationen och vapenkapplöpningen mellan Sovjetunionen och USA, orsakade "förlusten" av en sådan mängd uran stor oro och många frågor.

Men med en mer grundlig studie av malmen i fyndigheten upptäckte forskare också en stor mängd av de så kallade sönderfallsprodukterna av uran 235.

Detta föreslog att det utvunna uran 235 redan hade tränat i reaktorn och återförts till marken.

Och vid första anblicken är detta fullständigt nonsens, men ytterligare arbete med fyndigheten visade att detta är ett unikt objekt - världens enda naturliga kärnreaktor.

Principen för drift av en naturlig kärnreaktor i Oklo

Reaktorn var i aktiv fas under mycket lång tid, nämligen för cirka 2 miljarder år sedan. Vid denna tidpunkt var koncentrationen av uran i malmen 3%, precis som i moderna kärnreaktorer.

Naturen löste problemet med att bromsa neutroner på grundvattnets bekostnad, eftersom det visade sig att uranmalm var nedsänkt i grundvattenskiktet. Och det var detta vatten som bromsade neutronerna som reagerade och satte igång en kärnkedjereaktion.

Och om vattnet ständigt befann sig i "reaktorn", skulle den ständigt ökande reaktionen övergå i ett superkritiskt tillstånd och en explosion skulle oundvikligen inträffa.

Men den naturliga reaktorn i Oklo gick aldrig in i ett så kritiskt tillstånd. När allt kommer omkring startar vatten både reaktionen och kan stoppa den.

Ovanstående figur visar ett tvärsnitt av Oklo-reaktorn. Så vattnet som passerade genom reaktorn utlöste en kedjereaktion och gjorde detta område väldigt varmt, sedan efter en viss tid kokade och förångade vattnet. Således avbröts reaktionen, eftersom det inte fanns något att bromsa neutronerna.

När reaktorn svalnade samlades vatten igen i den och reaktionen startades. Reaktorn stannade i detta "fungerande" tillstånd i många år, tills urankoncentrationen sjönk till en sådan nivå att det inte längre var möjligt att nå kritikalitetstillståndet.

Så fungerade den unika naturliga reaktorn i Oklo, och forskare beräknade till och med att dess effekt var cirka 100 kW.

Detta faktum indikerar att vid en första anblick kan ett omöjligt fenomen i naturen mycket väl existera och naturen är fortfarande en uppfinnare.

Om materialet var intressant för dig, betygsätt det och glöm inte att prenumerera på kanalen. Tack för din uppmärksamhet!