Природний атомний реактор «Окло»

Природний атомний реактор «Окло» — виявлений біля міста Окло (Габон, Африка, на західному узбережжі Центральної Африки) у покладах урану, які сьогодні видобувають відкритим способом.

Геологічний розріз ядерного реактора «Окло»
1. Зони поділу
2. Пісковик
3. Шар уранової руди
4. Граніт

Історія

Явище було виявлене французьким фізиком Франсисом Перреном (Francis Perrin) у 1972 році в результаті вивчення ізотопного складу елементів в рудах родовища Окло.

У травні 1972 року на урановій збагачувальній фабриці в П'єррлатт (муніципалітет у Франції, у регіоні Овернь-Рона-Альпи, департамент Дром) під час звичайного мас-спектрометричного аналізу гексафлуориду урану UF6 з Окло було виявлено відхилення від норми ізотопного складу урану. Вміст ізотопу 235U склав 0,717 % замість звичайних 0,720 %. Ця розбіжність вимагала пояснення, так як всі ядерні об'єкти піддаються жорсткому контролю з метою недопущення незаконного використання матеріалів, що розщеплюються у військових цілях. Французький Комісаріат атомної енергетики (CEA) почав розслідування. Серія вимірювань виявила значні відхилення ізотопного відношення 235U / 238U в декількох шахтах. В одній з шахт вміст 235U склав 0,440 %. Були виявлені також аномалії в розподілі ізотопів неодиму та рутенію.

Зменшення концентрації ізотопу 235U є характерною рисою відпрацьованого ядерного палива, так як саме цей ізотоп є основним розщеплюваним матеріалом уранового ядерного реактора. 25 вересня 1972 року CEA оголосив про відкриття природної ядерної реакції.

Загальна характеристика

Природний атомний реактор «Окло» — єдиний на планеті природний реактор ядерного поділу. Окло складається з 16 майданчиків, на яких, як вважають, відбувалися реакції самопідтримки ядерного поділу ядер урану приблизно 1,7-2,0 мільярда років тому і тривали до 500 тисяч років.

За оцінками природний атомний реактор «Окло» виробив за цей час декілька сотен тераватт годин енергії, що приблизно відповідає кількості електроенергії, яку виробляє АЕС за декілька десятків років.[1][2][3].

За час діяльності природного реактора розклалося в цілому до 10 тонн ізотопу урану 235U, і з ізотопу 238U утворилося до 4 тонн ізотопу плутонію 239Pu.

Реакція припинилася бл. 1,5 млрд років тому через виснаження запасів ізотопу 235U (вони знизилися з 3 % до поточних 0,7 %). Сучасна поширеність урану-235 становить лише 0,72 %, чого недостатньо для роботи реактора з водним сповільнювачем без попереднього ізотопного збагачення. Таким чином, в даний час утворення природного ядерного реактора на Землі неможливе.

Опис феномену

Ланцюгова ядерна реакція розщеплення розпочалася й підтримувалася спонтанно в результаті виникнення необхідних і достатніх для неї умов, які були сформульовані Полом Кадзуо Куродой (англ. Paul Kazuo Kuroda) — хіміком з Університету Арканзасу): в 1956 році[4]

  • розмір родовища перевищує середню довжину пробігу нейтронів, які викликають розщеплення;
  • концентрація урану-235 — достатня для реакції (близько 3 %);
  • наявність речовини, здатної сповільнювати нейтрони, які випромінюються при розщепленні ядер урану, з тим, щоб вони ефективніше викликали розщеплення інших ядер;
  • відсутність у масі руди помітних кількостей Бору, Літію та інших елементів, які активно поглинають нейтрони і можуть викликати зупинку ядерної реакції.

Усі ці умови склалися близько 2 млрд років тому принаймні на 16 ділянках у межах Окло та Окелобондо (сьогодні тут діють уранові шахти). Природні реактори працювали циклічно — вмикалися й вимикалися. Найбільш вірогідний механізм цього явища передбачає наявність ґрунтових вод, які википали після того, як температура досягала критичного рівня. Вода діяла як сповільнювач нейтронів, і коли вона випаровувалась, ланцюгова реакція тимчасово припинялася, а після того як зона реакції остигала, в неї знову потрапляли ґрунтові води й ланцюгова ядерна реакція розщеплення, очевидно, поновлювалася. Періоди «увімкненого» стану реактора становили близько 30 хвилин, а «вимкненого» — 2,5 години[5]. Цей механізм не дозволяв породам ні розплавитися, ні вибухнути та існував упродовж сотень тисяч років.

Сьогодні «феномен Окло» становить не лише науковий інтерес, а також є зразком природного довгострокового геологічного сховища ядерних відходів. Тут проведено дослідження міграції продуктів ядерного розщеплення.

Див. також

Примітки
  1. Meshik, A. P. (November 2005). The Workings of an Ancient Nuclear Reactor. Scientific American 293 (5): 82–6, 88, 90–1. Bibcode:2005SciAm.293e..82M. PMID 16318030. doi:10.1038/scientificamerican1105-82.
  2. Mervine, Evelyn (13 липня 2011). Nature's Nuclear Reactors: The 2-Billion-Year-Old Natural Fission Reactors in Gabon, Western Africa. blogs.scientificamerican.com. Процитовано 3 червня 2020.
  3. Gauthier-Lafaye, F.; Holliger, P.; Blanc, P.-L. (1996). Natural fission reactors in the Franceville Basin, Gabon: a review of the conditions and results of a "critical event" in a geologic system. Geochimica et Cosmochimica Acta 60 (25): 4831–4852. Bibcode:1996GeCoA..60.4831G. doi:10.1016/S0016-7037(96)00245-1.
  4. Kuroda, P. K. On the Nuclear Physical Stability of the Uranium Minerals // Journal of Chemical Physics : journal. — 1956. — Vol. 25. — С. 781—782; 1295—1296. — Bibcode: 1956JChPh..25..781K. — DOI:10.1063/1.1743058.
  5. Meshik, A. P.; et al. Record of Cycling Operation of the Natural Nuclear Reactor in the Oklo/Okelobondo Area in Gabon // Physical Review Letters : journal. — 2004. — Vol. 93, № 18. — С. 182302. — Bibcode: 2004PhRvL..93r2302M. — DOI:10.1103/PhysRevLett.93.182302. — PubMed.

Література та джерела
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.