Unik naturlig kjernefysisk reaktor i Oklo, åpningshistorikk og driftsprinsipp

Vi er alle vant til det faktum at en atomreaktor er en kompleks ingeniørstruktur, som ble relativt nylig oppfunnet av menneskeheten og laget for å gi fordeler gjennom en kontrollert atomreaksjon.

Men naturen vår er så unik og mangfoldig at den har skapt sin egen naturlige atomreaktor, som har klart å fungere i mer enn hundre år, og det var for nesten to milliarder år siden. Oppdagelsens historie og prinsippet om driften av dette naturfenomenet vil bli diskutert i dagens materiale.

Hvordan en naturlig atomreaktor ble oppdaget

Så, 1956, er den såkalte kalde krigen i full gang, og hvert mer eller mindre stort land streber etter å få uran 235 for å komme inn i den lukkede atomkraftklubben. Frankrike viste også det samme ønsket, men det klarte ikke å finne uranforekomster på sitt territorium.

Men heldigvis klarte franske spesialister å finne den rike Oklo -regionen i et land som Gabon (Frankrike hadde makt over dette landet som en metropol). Men uranet som ble utvunnet i dette forekomsten viste seg å være veldig rart. Tross alt så han ut som om han allerede hadde besøkt en driftsreaktor.

Dette ble kjent etter den vanlige massespektrometriske analysen som ble utført i 1972 ved konsentratoren.

Det er bare det at ingeniører sto overfor et unikt naturfenomen - en naturlig atomreaktor, som, som det viste seg, har lykkes i omtrent to milliarder år.

Prinsippet om atomreaksjon og halveringstid for uran 235

Flere isotoper av uran finnes i naturen, men bare uran 235 er egnet for arbeid i atomreaktorer og for å fylle atombomber. Dessuten er halveringstiden til denne isotopen 700 millioner år, og som et resultat av dette forfallet dannes thorium 231.

Men man må bare påvirke uran 235 med et sakte nøytron, ettersom det umiddelbart forfaller. Det er dette som gjør dette elementet så unikt.

Det er mange kilder til nøytronstråling i naturen som er ganske i stand til å utløse en forfallreaksjon. Men de beveger seg for fort til å samhandle med uran 235, noe som betyr at de må gå gjennom et stadie av retardasjon av ytre påvirkninger.

Det viser seg at hvis du legger U235 i vanlig vann, bremser det nok nøytroner, og de vil bli absorbert av uran 235. Dette vil produsere isotopen uran 236, som er ekstremt ustabil og raskt forfaller til barium 141 og krypton 92, samt tre høyenergienøytroner.

Så, så snart de tildelte tre nøytronene bremses av vann, kan de også absorberes allerede tre isotoper av uran 235, som igjen også vil gjennomgå en forfallsprosess med rask frigjøring nøytroner. Dette vil provosere en eksponensielt økende kjedereaksjon av kjernefysiske fisjoner.

Forskere har lenge lært hvordan de skal utføre den såkalte karbonanalysen, som er nøyaktig basert på bestemmelsen av restfraksjonen av uran 235. I denne forbindelse er alt enkelt, hvis du vet når uran ble dannet og at hver 700 millioner år er andelen i malmen halvert, så er det et spørsmål om teknologi for å bestemme hva innholdet er i malmen.

Så det antas at absolutt alt uran på planeten vår ble dannet da, da ble vår sol en supernova, det vil si for omtrent 6 milliarder år siden. Basert på disse dataene finner vi at konsentrasjonen av uran 235 i uranmalm på jorden bør være 0,72%.

Men analysen av malmen fra Oklo -forekomsten viste en karakter på 0,717%. Ved første øyekast er forskjellen ikke signifikant, men gitt volumet på innskuddet ble det anslått at i Oklo ca 200 kg rent uran mangler, og dette vil være nok i et minutt for å lage flere atomarer bomber.

Jeg tror ikke det er verdt å si at det ikke var noen grense for overraskelsen til franskmennene siden, gitt hele den politiske situasjonen og våpenkappløpet mellom Sovjetunionen og USA, forårsaket "tapet" av en slik mengde uran stor bekymring og mange spørsmål.

Men med en grundigere undersøkelse av malmen i forekomsten, oppdaget forskere også en stor mengde av de såkalte forfallsproduktene av uran 235.

Dette antydet at det utvunnede uranet 235 allerede hadde trent i reaktoren og ble ført tilbake til bakken.

Og ved første øyekast er dette fullstendig tull, men videre arbeid med forekomsten viste at dette er et unikt objekt - verdens eneste naturlige atomreaktor.

Prinsippet for drift av en naturlig atomreaktor i Oklo

Reaktoren var i aktiv fase veldig lenge, nemlig for omtrent 2 milliarder år siden. Videre var konsentrasjonen av uran i malmen på den tiden 3%, akkurat som i moderne atomreaktorer.

Naturen løste problemet med å bremse nøytroner på bekostning av grunnvannet, siden det viste seg at uranmalm var nedsenket i grunnvannslaget. Og det var dette vannet som bremset nøytronene som reagerte og satte i gang en kjernekjedereaksjon.

Og hvis vannet konstant var i "reaktoren", ville den stadig økende reaksjonen gå over i en superkritisk tilstand og en eksplosjon ville uunngåelig oppstå.

Men den naturlige reaktoren i Oklo gikk aldri i en så kritisk tilstand. Tross alt starter vann både reaksjonen og kan stoppe den.

Figuren ovenfor viser et tverrsnitt av Oklo-reaktoren. Så vannet som passerte gjennom reaktoren utløste en kjedereaksjon og gjorde dette området veldig varmt, og etter en viss tid kokte og fordampet vannet. Dermed stoppet reaksjonen, siden det ikke var noe som kunne bremse nøytronene.

Da reaktoren ble avkjølt, ble det igjen samlet vann i den og reaksjonen ble startet. Reaktoren oppholdt seg i denne "fungerende" tilstanden i mange år, inntil urankonsentrasjonen falt til et slikt nivå at det ikke lenger var mulig å nå kritisk tilstand.

Slik fungerte den unike naturlige reaktoren i Oklo, og forskere beregnet til og med at effekten var omtrent 100 kW.

Dette faktum indikerer at ved første øyekast kan et umulig fenomen i naturen godt eksistere, og naturen er fortsatt en oppfinner.

Hvis materialet var interessant for deg, så vurder det og ikke glem å abonnere på kanalen. Takk for din oppmerksomhet!