Jedinstveni prirodni nuklearni reaktor u Oklu, povijest otvaranja i princip rada

Svi smo navikli na činjenicu da je nuklearni reaktor složena inženjerska struktura, koja relativno je nedavno izumio čovječanstvo i napravljen kako bi donio koristi putem kontroliranog nuklearna reakcija.

Ali naša je priroda toliko jedinstvena i raznolika da je stvorila vlastiti prirodni nuklearni reaktor, koji je uspio raditi više od sto godina, a bilo je to prije gotovo dvije milijarde godina. O povijesti otkrića i principu djelovanja ovog prirodnog fenomena govorit će se u današnjem materijalu.

Kako je otkriven prirodni nuklearni reaktor

Dakle, 1956. takozvani Hladni rat je u punom jeku, a svaka manje-više velika država nastoji nabaviti uran 235 kako bi ušla u zatvoreni klub nuklearnih sila. Istu želju pokazala je i Francuska, ali nije uspjela pronaći ležišta urana na svom teritoriju.

No, srećom, francuski stručnjaci uspjeli su pronaći bogatu regiju Oklo u zemlji poput Gabona (Francuska je imala moć nad ovom zemljom kao metropola). No, uran iskopan u ovom ležištu pokazao se vrlo čudnim. Uostalom, izgledao je kao da je već posjetio operativni reaktor.

To je postalo poznato nakon uobičajene masene spektrometrijske analize provedene 1972. u koncentratoru.

Samo što su se inženjeri suočili s jedinstvenim prirodnim fenomenom - prirodnim nuklearnim reaktorom, koji je, pokazalo se, uspješno radio oko dvije milijarde godina.

Princip nuklearne reakcije i vrijeme poluraspada urana 235

U prirodi se može pronaći nekoliko izotopa urana, ali samo je uran 235 prikladan za rad u nuklearnim reaktorima i za punjenje nuklearnih bombi. Štoviše, vrijeme poluraspada ovog izotopa je 700 milijuna godina, a kao rezultat tog raspada nastaje torij 231.

No, na uran 235 treba utjecati samo sporim neutronom jer se on odmah raspada. To je ono što ovaj element čini jedinstvenim.

U prirodi postoji mnogo izvora neutronskog zračenja koji mogu izazvati reakciju raspada. No, oni se kreću prebrzo da bi stupili u interakciju s uranom 235, što znači da moraju proći fazu usporavanja vanjskim utjecajima.

Pokazalo se da ako stavite U235 u običnu vodu, tada usporava dovoljno neutrona, a njih će apsorbirati uran 235. Time će se proizvesti izotop urana 236, koji je izuzetno nestabilan i brzo se raspada u barij 141 i kripton 92, kao i tri neutrona visoke energije.

Dakle, čim voda uspori dodijeljena tri neutrona, oni se također mogu već apsorbirati tri izotopa urana 235, koji će također proći proces raspadanja s oslobađanjem brzog neutrona. To će izazvati eksponencijalno povećanje lančane reakcije nuklearne fisije.

Znanstvenici su dugo naučili kako provesti takozvanu analizu ugljika, koja se upravo temelji na određivanju zaostalog udjela urana 235. S tim u vezi, sve je jednostavno, ako znate kada je nastao uran i da se svakih 700 milijuna godina njegov udio u rudi prepolovi, onda je pitanje tehnologije utvrditi koliki je njegov sadržaj u rudi.

Tako se vjeruje da je tada nastao apsolutno sav uran na našem planetu, zatim je naše Sunce postalo supernova, odnosno prije oko 6 milijardi godina. Na temelju tih podataka otkrivamo da bi koncentracija urana 235 u uranovoj rudi na Zemlji trebala biti 0,72%.

No, analiza rude iz ležišta Oklo pokazala je ocjenu 0,717%. Na prvi pogled razlika nije značajna, no, s obzirom na obujam ležišta, procijenjeno je da je u Oklu nedostaje oko 200 kg čistog urana, a to će biti dovoljno minutu za stvaranje nekoliko atomskih bombe.

Mislim da ne vrijedi reći da nije bilo ograničenja na iznenađenje Francuza, budući da, s obzirom na cjelokupnu političku situaciju i rasprostranjena utrka u naoružanju između Sovjetskog Saveza i Sjedinjenih Država, "gubitak" takve količine urana izazvao je veliku zabrinutost i mnoga pitanja.

No temeljitijim proučavanjem rude u ležištu znanstvenici su otkrili i veliku količinu takozvanih proizvoda raspadanja urana 235.

To je sugeriralo da je minirani uran 235 već bio razrađen u reaktoru i vraćen na zemlju.

I, na prvi pogled, ovo je čista besmislica, ali daljnji rad na ležištu pokazao je da se radi o jedinstvenom objektu - jedinom prirodnom nuklearnom reaktoru na svijetu.

Načelo rada prirodnog nuklearnog reaktora u Oklu

Reaktor je bio u aktivnoj fazi jako dugo, naime prije otprilike 2 milijarde godina. Štoviše, u to je vrijeme koncentracija urana u rudi bila 3%, baš kao i u modernim nuklearnim reaktorima.

Priroda je riješila problem usporavanja neutrona na račun podzemnih voda, budući da se pokazalo da je uranova ruda uronjena u sloj podzemne vode. I upravo je ta voda usporila neutrone koji su reagirali i pokrenuli nuklearnu lančanu reakciju.

A da je voda stalno u "reaktoru", tada bi sve veća reakcija prešla u nadkritično stanje i neizbježno bi se dogodila eksplozija.

No prirodni reaktor u Oklu nikada nije dospio u tako kritično stanje. Uostalom, voda i pokreće reakciju i može je zaustaviti.

Gornja slika prikazuje presjek reaktora Oklo. Tako je prolazna voda kroz reaktor pokrenula lančanu reakciju i jako zagrijala ovo područje, a zatim je nakon određenog vremena voda prokuhala i isparila. Tako je reakcija prestala, budući da nije bilo ništa što bi usporilo neutrone.

Kad se reaktor ohladio, u njega se ponovno skupila voda i započela je reakcija. Reaktor je ostao u tom "radnom" stanju dugi niz godina, sve dok koncentracija urana nije pala na takvu razinu da više nije bilo moguće doseći kritično stanje.

Tako je radio jedinstveni prirodni reaktor u Oklu, a znanstvenici su čak izračunali da mu je snaga oko 100 kW.

Ova činjenica ukazuje na to da na prvi pogled nemoguća pojava u prirodi može postojati i da je priroda još uvijek izumitelj.

Ako vam je materijal bio zanimljiv, ocijenite ga i ne zaboravite se pretplatiti na kanal. Hvala vam na pažnji!