Ядерный реактор возрастом 2 миллиарда лет в джунглях Африки — полезная находка

Статьи
Теперь вы знаете больше 😉
Возможность безопасного хранения ядерных отходов — одна из самых сложных проблем с которыми приходится сталкиваться ученым-ядерщикам. Изучение этого уникального феномена привело исследователей к более глубокому пониманию деления ядер и возможных методов, которые могут быть использованы для поиска способов безопасного хранения ядерных отходов в ближайшем будущем.

В 1972 году ученые сделали поразительное открытие

Ядерный реактор возрастом 2 миллиарда лет в джунглях Африки - полезная находка
Ядерный реактор возрастом 2 миллиарда лет в джунглях Африки — полезная находка

В 1972 году французские ученые взяли образцы урановой руды из шахты, расположенной в центральноафриканской стране Габон, чтобы проверить содержание в ней урана. Для непосвященных, урановая руда — это природный радиоактивный материал, состоящий из трех различных форм изотопов элемента: наиболее распространенный — уран-238, самый редкий — уран-234, а последний, уран-235, представляет собой уникальное явление.

Ранее считалось, что этот процесс возможен только при помощи технически синтетического (или созданного человеком) процесса. Поэтому, когда в 1972 году ученые обнаружили явное различие в уровнях истощения изотопов урановой руды, собранной на шахте в районе Окло, Габон — это свидетельствовало об одном:

есть возможность того, что ядерный реактор может сам возникнуть в природе.

Этот уран имел огромные отклонения от нормы

Ядерный реактор возрастом 2 миллиарда лет в джунглях Африки - полезная находка

Когда французские ученые начали исследовать образцы урана, добытого в Габоне, они ожидали найти в руде около 0,72% урана-235. Именно такой процент содержится в других образцах, собранных в разных уголках земного шара, а также на Луне и в изученных кусках метеорита. Вместо этого образец содержал 0,717% урана-235. Для многих это расхождение в 0,003% покажется незначительным, но это не так. Это свидетельствует о том, что из габонского рудника пропало в общей сложности 200 кг урана-235.

Так как же это произошло? И что могло стать причиной этого?

Благодаря предыдущим исследованиям процесса распада изотопа, ученые в 1972 году пришли к выводу, что недостающий процент урана подвергся ядерному делению. Это было первое (и на данный момент единственное) открытие ядерного реактора созданного природой или не совсем. После прочесывания шахт в поисках других возможных реакторов было обнаружено 16 близнецов, а местность и ее научные сокровища были названы Окло-реактором. (К сожалению все 16 в конечном итоге были уничтожены в результате горных работ). Однако вопрос оставался открытым:

Как был создан этот реактор?

Условия местности привели к процессу ядерного деления?

Ядерный реактор возрастом 2 миллиарда лет в джунглях Африки - полезная находка

Ученые считали (и, судя по всему, до сих пор считают), что в районе вокруг Окло-реактора миллиарды лет назад были созданы идеальные условия для естественного деления ядер. Этому способствовали два основных фактора:

  • Одним из них было то, как выветривались породы в этом районе. Это впоследствии позволило урану в шахте сконцентрироваться до такой степени, что он мог сам запустить ядерную цепную реакцию. Хотя первоначально урановая руда была распределена в отложениях в этом районе, в результате выветривания более легкие отложения были сметены, что привело к появлению большего количества урановой руды в том же самом месте.
  • Вторым условием, обеспечивающим устойчивую ядерную реакцию, были грунтовые воды в этом районе, которые просачивались через разломы и трещины шахты. Это по сути создавало зону охлаждения или «охладитель», который боролся с любым теплом, вызванным ядерными реакциями в руде. Это позволило реактору Окло поддерживать медленную и стабильную реакцию ядерного деления.

Если бы не эти два условия, урановая руда могла бы вообще не распасться, распасться слишком быстро или никогда не быть обнаруженной учеными, которые открыли ее в 1972 году.

Природный реактор существует уже миллиарды лет

Ядерный реактор возрастом 2 миллиарда лет в джунглях Африки - полезная находка

Ученые датировали его образование примерно 2 миллиардами лет назад. Этот срок имеет смысл из-за совокупности факторов. Увеличение количества кислорода в атмосфере Земли позволило урану мощно концентрироваться. Это также позволило потоку воды отложить уран в местный песчаник и алевролит, которые характеризуются как более пористые и проницаемые по своей природе. Благодаря микробной активности первых в мире микроскопических организмов эти урановые залежи смогли сконцентрироваться. Наконец, тектоническая активность в это время похоронила эти месторождения под землей, в земной коре.

Далее: распад урана и процесс ядерного деления.

После своего первоначального запуска миллиарды лет назад процесс деления ядер в реакторе Окло продолжался примерно сотни тысяч лет, все благодаря охлаждающей жидкости подземных вод шахты и в конце концов остановился. Единственным свидетельством деятельности природного реактора остались, в буквальном смысле, элементы — в частности, следы бария и вышеупомянутые изотопы урана-235, обнаруженные в начале 1970-х годов. Но хотя деятельность ядерного реактора давно прекратилась, он по-прежнему дает представление не только о ядерных реакциях в целом, но и о создании лучших способов утилизации ядерных отходов.

Окло-реактор может стать ключом к утилизации ядерных отходов

Ядерный реактор возрастом 2 миллиарда лет в джунглях Африки - полезная находка

Во время распада урана в реакторе «Окло» образовалось большое количество радиоактивного плутония и цезия. Оба этих вредных соединения, которые могут быть очень опасны для живых организмов, в конечном итоге распадались на безвредный барий. Ни одна из вредных радиоактивных частиц ни плутония, ни цезия не просочилась в окружающую среду в районе, прилегающем к Окло-реактору.

Это означает, что радиоактивные элементы были надежно изолированы.

Для ученых выяснение того, как такое безопасное сдерживание могло произойти естественным образом, стало основным направлением изучения реактора.

В 2018 году ученые, изучавшие реактор Окло, опубликовали рецензируемые результаты в которых подробно описали как это могло произойти. Радиоактивные плутоний и цезий не просочились в окружающую среду потому, что были покрыты рутением, который, в свою очередь, экранировал радиоактивные частицы от проникновения в окружающую среду. Благодаря этому рутений стабилизировал возможное воздействие радиоактивности.

Как это можно применить дальше? — применение в утилизации ядерных отходов. Это может помочь нам использовать ядерную энергию как можно безопаснее и эффективнее, пока более чистые формы энергии не будут внедрены во всем мире.

Оцените статью
Маяк Науки
Добавить комментарий

10 − шесть =