Μοναδικός φυσικός πυρηνικός αντιδραστήρας στο Όκλο, ιστορία του ανοίγματος του και αρχή λειτουργίας του

Είμαστε όλοι συνηθισμένοι στο γεγονός ότι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας είναι μια πολύπλοκη δομή μηχανικής, η οποία σχεδιάστηκε πρόσφατα από την ανθρωπότητα και έγινε για να αποφέρει οφέλη μέσω ενός ελεγχόμενου πυρηνική αντίδραση.

Αλλά η φύση μας είναι τόσο μοναδική και ποικίλη που δημιούργησε τον δικό της φυσικό πυρηνικό αντιδραστήρα, ο οποίος κατάφερε να λειτουργήσει για περισσότερα από εκατό χρόνια, και ήταν σχεδόν δύο δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Η ιστορία της ανακάλυψης και η αρχή λειτουργίας αυτού του φυσικού φαινομένου θα συζητηθούν στο σημερινό υλικό.

Πώς ανακαλύφθηκε ένας φυσικός πυρηνικός αντιδραστήρας

Έτσι, το 1956, ο λεγόμενος oldυχρός Πόλεμος βρίσκεται σε πλήρη εξέλιξη και κάθε λίγο πολύ μεγάλη χώρα προσπαθεί να αποκτήσει ουράνιο 235 προκειμένου να εισέλθει στο κλειστό κλαμπ των πυρηνικών δυνάμεων. Η Γαλλία έδειξε επίσης την ίδια επιθυμία, αλλά δεν κατάφερε να βρει κοιτάσματα ουρανίου στο έδαφός της.

Αλλά ευτυχώς, Γάλλοι ειδικοί κατάφεραν να βρουν την πλούσια περιοχή Oklo σε μια χώρα όπως η Γκαμπόν (η Γαλλία είχε εξουσία σε αυτήν τη χώρα ως μητρόπολη). Αλλά το ουράνιο που εξορύσσεται σε αυτό το κοίτασμα αποδείχθηκε πολύ περίεργο. Άλλωστε, έμοιαζε σαν να είχε ήδη επισκεφθεί έναν αντιδραστήρα που λειτουργούσε.

Αυτό έγινε γνωστό μετά τη συνήθη φασματομετρική ανάλυση μάζας που πραγματοποιήθηκε το 1972 στον συμπυκνωτή.

Απλώς οι μηχανικοί βρέθηκαν αντιμέτωποι με ένα μοναδικό φυσικό φαινόμενο - έναν φυσικό πυρηνικό αντιδραστήρα, ο οποίος, όπως αποδείχθηκε, έχει λειτουργήσει επιτυχώς για περίπου δύο δισεκατομμύρια χρόνια.

Η αρχή της πυρηνικής αντίδρασης και ο χρόνος ημίσειας ζωής του ουρανίου 235

Διάφορα ισότοπα ουρανίου μπορούν να βρεθούν στη φύση, αλλά μόνο το ουράνιο 235 είναι κατάλληλο για εργασία σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και για πλήρωση πυρηνικών βομβών. Επιπλέον, ο χρόνος ημίσειας ζωής αυτού του ισοτόπου είναι 700 εκατομμύρια χρόνια, και ως αποτέλεσμα αυτής της αποσύνθεσης, σχηματίζεται θόριο 231.

Όμως, το ουράνιο 235 πρέπει να επηρεαστεί μόνο με αργό νετρόνιο, καθώς αποσυντίθεται αμέσως. Αυτό είναι που κάνει αυτό το στοιχείο τόσο μοναδικό.

Υπάρχουν πολλές πηγές ακτινοβολίας νετρονίων στη φύση που είναι αρκετά ικανές να προκαλέσουν αντίδραση αποσύνθεσης. Αλλά κινούνται πολύ γρήγορα για να αλληλεπιδράσουν με το ουράνιο 235, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να περάσουν από ένα στάδιο επιβράδυνσης από εξωτερικές επιδράσεις.

Αποδεικνύεται ότι εάν βάλετε το U235 σε συνηθισμένο νερό, τότε επιβραδύνει αρκετά νετρόνια και θα απορροφηθούν από το ουράνιο 235. Αυτό θα παράγει το ισότοπο ουράνιο 236, το οποίο είναι εξαιρετικά ασταθές και διασπάται γρήγορα σε βάριο 141 και κρυπτόν 92, καθώς και τρία νετρόνια υψηλής ενέργειας.

Έτσι, μόλις τα νετρόνια που κατανέμονται επιβραδύνονται από το νερό, μπορούν επίσης να απορροφηθούν ήδη τρία ισότοπα ουρανίου 235, τα οποία, με τη σειρά τους, θα υποβληθούν επίσης σε διαδικασία αποσύνθεσης με την απελευθέρωση γρήγορου νετρόνια Αυτό θα προκαλέσει μια εκθετικά αυξανόμενη αλυσιδωτή αντίδραση πυρηνικής σχάσης.

Οι επιστήμονες έχουν μάθει εδώ και καιρό πώς να πραγματοποιούν τη λεγόμενη ανάλυση άνθρακα, η οποία βασίζεται ακριβώς στον προσδιορισμό του υπολειπόμενου κλάσματος ουρανίου 235. Από αυτή την άποψη, όλα είναι απλά, αν γνωρίζετε πότε σχηματίστηκε το ουράνιο και ότι κάθε 700 εκατομμύρια χρόνια το μερίδιό του στο ορυκτό μειώνεται στο μισό, τότε είναι θέμα τεχνολογίας να καθοριστεί ποια είναι η περιεκτικότητά του στο ορυκτό.

Πιστεύεται λοιπόν ότι απολύτως όλο το ουράνιο στον πλανήτη μας σχηματίστηκε τότε, τότε ο Sunλιος μας έγινε σουπερνόβα, δηλαδή πριν από περίπου 6 δισεκατομμύρια χρόνια. Με βάση αυτά τα δεδομένα, διαπιστώνουμε ότι η συγκέντρωση ουρανίου 235 στο μεταλλεύμα ουρανίου στη Γη πρέπει να είναι 0,72%.

Αλλά η ανάλυση του μεταλλεύματος από το κοίτασμα Oklo έδειξε βαθμό 0,717%. Με την πρώτη ματιά, η διαφορά δεν είναι σημαντική, αλλά, δεδομένου του όγκου της κατάθεσης, εκτιμήθηκε ότι στο Όκλο λείπουν περίπου 200 κιλά καθαρού ουρανίου και αυτό θα είναι αρκετό για ένα λεπτό για να δημιουργήσει πολλά ατομικά βόμβες.

Δεν νομίζω ότι αξίζει να πούμε ότι δεν υπήρχε όριο στην έκπληξη των Γάλλων, δεδομένου ότι, δεδομένης ολόκληρης της πολιτικής κατάστασης και η εξέλιξη του αγώνα όπλων μεταξύ της Σοβιετικής Ένωσης και των Ηνωμένων Πολιτειών, η «απώλεια» μιας τέτοιας ποσότητας ουρανίου προκάλεσε μεγάλη ανησυχία και πολλές ερωτήσεις.

Αλλά με μια πιο ενδελεχή μελέτη του μεταλλεύματος στο κοίτασμα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν επίσης μια μεγάλη ποσότητα από τα λεγόμενα προϊόντα αποσύνθεσης του ουρανίου 235.

Αυτό υποδηλώνει ότι το εξορυχθέν ουράνιο 235 είχε ήδη επεξεργαστεί στον αντιδραστήρα και είχε επιστρέψει στο έδαφος.

Και, με την πρώτη ματιά, αυτό είναι εντελώς ανοησία, αλλά περαιτέρω εργασίες στο κοίτασμα έδειξαν ότι πρόκειται για ένα μοναδικό αντικείμενο - τον μοναδικό φυσικό πυρηνικό αντιδραστήρα στον κόσμο.

Η αρχή λειτουργίας ενός φυσικού πυρηνικού αντιδραστήρα στο Όκλο

Ο αντιδραστήρας βρισκόταν στην ενεργό φάση για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, δηλαδή πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια. Επιπλέον, εκείνη τη στιγμή η συγκέντρωση ουρανίου στο ορυκτό ήταν 3%, όπως ακριβώς και στους σύγχρονους πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Η φύση έλυσε το πρόβλημα της επιβράδυνσης των νετρονίων εις βάρος των υπόγειων υδάτων, αφού αποδείχθηκε ότι το μεταλλεύμα ουρανίου βυθίστηκε στο στρώμα των υπόγειων υδάτων. Και ήταν αυτό το νερό που επιβράδυνε τα νετρόνια που αντέδρασαν και ξεκίνησαν μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση.

Και αν το νερό βρισκόταν συνεχώς στον «αντιδραστήρα», τότε η ολοένα αυξανόμενη αντίδραση θα περνούσε σε υπερκρίσιμη κατάσταση και θα γινόταν αναπόφευκτα μια έκρηξη.

Αλλά ο φυσικός αντιδραστήρας στο Όκλο δεν πέρασε ποτέ σε τόσο κρίσιμη κατάσταση. Άλλωστε, το νερό και αρχίζει την αντίδραση και μπορεί να την σταματήσει.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει μια διατομή του αντιδραστήρα Oklo. Έτσι το νερό που διέρχεται από τον αντιδραστήρα πυροδότησε μια αλυσιδωτή αντίδραση και έκανε αυτή την περιοχή πολύ ζεστή, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα το νερό έβρασε και εξατμίστηκε. Έτσι, η αντίδραση σταμάτησε, αφού δεν υπήρχε τίποτα που να επιβραδύνει τα νετρόνια.

Όταν ο αντιδραστήρας ψύχθηκε, το νερό συλλέχθηκε ξανά και η αντίδραση ξεκίνησε. Ο αντιδραστήρας παρέμεινε σε αυτή την "λειτουργική" κατάσταση για πολλά χρόνια, έως ότου η συγκέντρωση ουρανίου έπεσε σε τέτοιο επίπεδο που δεν ήταν πλέον δυνατό να φθάσει στην κατάσταση κρισιμότητας.

Έτσι λειτουργούσε ο μοναδικός φυσικός αντιδραστήρας στο Oklo και οι επιστήμονες υπολόγισαν ακόμη ότι η ισχύς του ήταν περίπου 100 kW.

Αυτό το γεγονός δείχνει ότι, με την πρώτη ματιά, μπορεί να υπάρχει ένα αδύνατο φαινόμενο στη φύση και η φύση εξακολουθεί να είναι εφευρέτης.

Εάν το υλικό ήταν ενδιαφέρον για εσάς, βαθμολογήστε το και μην ξεχάσετε να εγγραφείτε στο κανάλι. Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!