Ainulaadne looduslik tuumareaktor Oklos, selle avamise ajalugu ja tööpõhimõte

Me kõik oleme harjunud, et tuumareaktor on keeruline insenertehniline struktuur, mis leiutati suhteliselt hiljuti inimkonna poolt ja tehti kasu kontrollitud kaudu tuumareaktsioon.

Kuid meie loodus on nii ainulaadne ja mitmekesine, et on loonud oma loodusliku tuumareaktori, mis on suutnud töötada enam kui sada aastat ja see oli peaaegu kaks miljardit aastat tagasi. Selle loodusnähtuse avastamise ajaloost ja toimimispõhimõttest räägitakse tänases materjalis.

Kuidas avastati looduslik tuumareaktor

Niisiis, 1956. aastal on nn külm sõda täies hoos ja iga enam-vähem suur riik püüab saada uraani 235, et pääseda tuumajõudude suletud klubisse. Ka Prantsusmaa näitas üles sama soovi, kuid ei suutnud oma territooriumilt uraanimaardlaid leida.

Kuid õnneks õnnestus prantsuse spetsialistidel leida rikas Oklo piirkond sellisest riigist nagu Gabon (Prantsusmaal oli selle riigi kui metropoli üle võim). Kuid selles maardlas kaevandatud uraan osutus väga kummaliseks. Lõppude lõpuks nägi ta välja nii, nagu oleks ta juba töötavat reaktorit külastanud.

See sai teatavaks pärast 1972. aastal kontsentraatoris tehtud tavalist massispektromeetrilist analüüsi.

Lihtsalt insenerid seisid silmitsi ainulaadse loodusnähtusega - loodusliku tuumareaktoriga, mis, nagu selgus, on edukalt töötanud umbes kaks miljardit aastat.

Tuumareaktsiooni põhimõte ja uraani poolväärtusaeg 235

Looduses võib leida mitmeid uraani isotoope, kuid tuumareaktorites ja tuumapommide täitmiseks sobib ainult uraan 235. Pealegi on selle isotoobi poolväärtusaeg 700 miljonit aastat ja selle lagunemise tulemusena moodustub toorium 231.

Kuid uraani 235 tuleb mõjutada ainult aeglase neutroniga, kuna see laguneb kohe. See teebki selle elemendi nii ainulaadseks.

Looduses on palju neutronkiirguse allikaid, mis on üsna võimelised vallandama lagunemisreaktsiooni. Kuid nad liiguvad liiga kiiresti, et suhelda uraaniga 235, mis tähendab, et nad peavad läbima välismõjude aeglustumise etapi.

Selgub, et kui panna U235 tavalisse vette, aeglustab see piisavalt neutroneid ja neelab need uraan 235. See tekitab isotoobi uraani 236, mis on äärmiselt ebastabiilne ja laguneb kiiresti baariumiks 141 ja krüptooniks 92, samuti kolme suure energiaga neutronit.

Niisiis, niipea kui eraldatud kolm neutronit aeglustab vesi, saab neid ka juba imada kolm uraani 235 isotoopi, mis omakorda läbivad lagunemisprotsessi koos kiire vabanemisega neutronid. See kutsub esile tuuma lõhustumise eksponentsiaalselt kasvava ahelreaktsiooni.

Teadlased on juba ammu õppinud, kuidas teostada nn süsinikuanalüüsi, mis põhineb täpselt uraani 235 jääkfraktsiooni määramisel. Sellega seoses on kõik lihtne, kui teate, millal uraan tekkis ja iga 700 miljoni aasta järel vähendatakse selle osa maagis poole võrra, siis on tehnoloogia küsimus kindlaks teha, milline on selle sisaldus maagis.

Seega arvatakse, et absoluutselt kogu meie planeedi uraan tekkis siis, siis sai meie Päikesest supernoova, see tähendab umbes 6 miljardit aastat tagasi. Nende andmete põhjal leiame, et uraani 235 kontsentratsioon Maa uraanimaagis peaks olema 0,72%.

Kuid Oklo maardla maagi analüüs näitas hindeks 0,717%. Esmapilgul pole erinevus märkimisväärne, kuid hoiuse mahtu arvestades hinnati, et Oklos puudu on umbes 200 kg puhast uraani ja sellest piisab minutiks mitme aatomi loomiseks pommid.

Ma arvan, et ei tasu öelda, et prantslaste üllatusel polnud piire, sest arvestades kogu poliitilist olukorda ja Nõukogude Liidu ja USA vahel alanud võidurelvastumine, tekitas sellise uraanikoguse "kadumine" suurt muret ja palju küsimusi.

Kuid põhjalikumalt uurides maardlas olevat maaki, avastasid teadlased ka suure hulga uraani 235 niinimetatud lagunemissaadusi.

See viitas sellele, et kaevandatud uraan 235 oli reaktoris juba välja töötatud ja tagasi maapinnale.

Ja esmapilgul on see täielik jama, kuid edasine töö maardla kallal näitas, et tegemist on ainulaadse objektiga - maailma ainsa loodusliku tuumareaktoriga.

Oklo loodusliku tuumareaktori tööpõhimõte

Reaktor oli aktiivses faasis väga pikka aega, nimelt umbes 2 miljardit aastat tagasi. Samas oli toona uraani kontsentratsioon maagis 3%, nagu tänapäevastes tuumareaktorites.

Loodus lahendas neutronite aeglustamise probleemi põhjavee arvelt, kuna selgus, et uraanimaak sukeldus põhjaveekihti. Ja just see vesi aeglustas neutronite reaktsiooni ja käivitas tuumaahelreaktsiooni.

Ja kui vesi oleks pidevalt "reaktoris", siis läheks üha kasvav reaktsioon ülekriitilisse olekusse ja paratamatult toimuks plahvatus.

Kuid Oklo looduslik reaktor ei läinud kunagi nii kriitilisse seisundisse. Lõppude lõpuks käivitab vesi reaktsiooni ja võib selle peatada.

Ülaltoodud joonis näitab Oklo reaktori läbilõiget. Niisiis käivitas reaktori läbiv vesi ahelreaktsiooni ja muutis selle piirkonna väga kuumaks, seejärel teatud aja pärast vesi kees ja aurustus. Seega reaktsioon peatus, kuna neutronite aeglustamiseks polnud midagi.

Kui reaktor jahtus, koguti sinna uuesti vett ja reaktsioon käivitati. Reaktor jäi sellesse "töötavasse" olekusse mitu aastat, kuni uraani kontsentratsioon langes sellisele tasemele, et kriitilisuse seisundit polnud enam võimalik saavutada.

Nii töötas Oklo ainulaadne looduslik reaktor ja teadlased isegi arvutasid, et selle võimsus oli umbes 100 kW.

See asjaolu näitab, et esmapilgul võib looduses võimatu nähtus eksisteerida ja loodus on endiselt leiutaja.

Kui materjal oli teile huvitav, hinnake seda ja ärge unustage kanalit tellida. Täname tähelepanu eest!