ПРИРОДНІ ЯДЕРНІ РЕАКТОРИ

Уранова копальня поруч Окло в Ґабоні - місце де близько 2 млрд. років тому діяли природні атомні реактори. Джерело ілюстрації: http://www.liveinternet.ru

Андрій ГЛОВ’ЯК та Андрій М. ЗАМОРОКА

Свого часу видатний фізик-атомник Енріко Фермі пафосно заявив, що тільки людині під силу створити атомний реактор… Проте, як виявилось через багато десятиліть, він помилявся – природа також здатна створювати ядерні реактори! Вони існували впродовж багатьох сотень мільйонів років тому, клекочучи ланцюговими ядерними реакціями. Останній з них – природний атомний реактор Окло – погас 1,7 мільярди років тому, однак і досі дихає радіацією. То чому, де, як, а головне які наслідки виникнення та діяльності цього природного феномену?

Ядерні реактори можуть створюватись природою – для цього достатньо, щоб в одному місці накопичилась необхідна концентрація ізотопу урану-235-го (235U). Ізотоп – це своєрідний різновид хімічного елементу, який відрізняється від інших більшою або меншою кількістю нейтронів у ядрі атома, тоді коли кількість протонів та електронів залишається постійною. Наприклад, в урану завжди наявні 92 протони і 92 електрони, однак, кількість нейтронів буває різною: в 238U – 146 нейтронів, 235U – 143, 234U – 142, 233U – 141 тощо… У природних мінералах – на Землі, інших планетах та у метеоритах – основну масу завжди складає 238U (99,2739%), а ізотопи 235U та 234U представлені лише слідами – 0,720% та 0,0057% відповідно. Ланцюгова ядерна реакція розпочинається коли концентрація ізотопу урану-235-го перевищує 1% і тим інтенсивніше іде, чим його більше. Саме тому, що у природі ізотоп урану-235-го дуже розсіяний, вважалося, що природні атомні реактори не можуть існувати. До речі, у атомних реакторах електростанцій, в якості палива, та у атомних бомбах використовується саме 235U.

Розташування Окло на мапі Африки. Джерело ілюстрації: Андрій М. Заморока

Одначе, у 1972-му році в уранових копальнях поблизу Окло, що у Ґабоні, Африка, вчені виявили 16 природних атомних реакторів, які активно діяли майже 2 мільярди років тому… Зараз вони вже зупинились, а концентрація 235U в них менша, ніж вона мала б бути у “нормальних” природних умовах – 0,717%. Ця, хоча й мізерна, різниця, у порівнянні із “нормальними” мінералами, змусила вчених зробити єдиний логічний висновок – тут дійсно діяли природні атомні реактори. Більше того, підтвердженням була висока концентрація продуктів розпаду ядер урану-235-го, аналогічно, як то відбувається у штучних реакторах. При розпаді атому урану-235-го, із його ядра вириваються нейтрони, вдаряючись у ядро урану-238-го, вони перетворюють його на уран-239-й, а той у свою чергу втрачає 2 електрони, стаючи плутонієм-239-м… Саме цей механізм і породив у Окло понад дві тони плутонію-239-го. Вчені розрахували, що на момент “запуску” природного атомного реактора Окло, близько 2-х мільярдів років тому (напіврозпад 235U у 6 разів швидший, ніж 238U – 713 мільйонів років – авт.), частка 235U становила понад 3%, що рівнозначне промисловому збагаченому уранові.

Для того аби ядерна реакція тривала, необхідним фактором було уповільнення швидких нейтронів, які вилітали з ядер урану-235-го. Цим фактором, як і у створених людиною реакторах, стала звичайнісінька вода. Реактор почав працювати у момент затоплення пористих багатих ураном порід в Окло ґрунтовими водами, які й виступили в якості уповільнювачів нейтронів. Тепло, що виділяється в результаті реакції, викликало кипіння і випаровування води, що уповільнювало, а згодом і зупиняло ядерну ланцюгову реакцію. Після того, як порода охолоджувалася і розпадалися короткоживучі ізотопи (це, так звані, нейтронні отрути, які здатні поглинати нейтрони і припиняти реакцію – авт.), водяна пара конденсувалася, затоплюючи породу, і реакція поновлювалася. Вчені розрахували, що реактор “вмикався” на 30 хвилин, поки не випаровувалась вода, і “вимикався” на 2,5 години, допоки пара не конденсувалася. Цей циклічний процес нагадував сучасні гейзери і тривав кілька сотень тисяч років. При розпаді ядер продуктів розпаду урану, переважно радіоактивних ізотопів йоду, утворилися п’ять ізотопів ксенону. Всі п’ять ізотопів в різних концентраціях були виявлені в породах природного реактора. Саме концентрація та співвідношення ізотопів цього благородного газу (ксенон – це дуже важкий і радіоактивний газ – авт.) і дозволила встановити періодичність, з якою “працював” реактор Окло.

Розпад ядра атому урану-235-го (великі атоми) спричинює випромінення швидких нейтронів, які для подальшої ядерної реакції повинні уповільнитись водою (маленькі молекули) Джерело ілюстрації: http://es.paperblog.com

Дослідники з університету Вікторії, Канада, оцінюючи концентрацію урану в земних надрах в різних місцях планети, дійшли висновку, що 2,5-4 мільярди років тому в багатьох місцях планети запаси урану-235, який є атомним паливом, були достатньо високими для того, щоб могли виникнути природні ядерні реактори. В той час також Місяць був набагато ближче до Землі і його припливні сили могли сприяти збільшенню концентрації важких елементів в одному місці. Вчені вважають, що в ті далекі часи, такі ядерні реактори були цілком нормальним явищем. Не виключено, що подібна ситуація з природними реакторами існує й на інших планетах Сонячної системи.

Відомо, що висока радіація є згубною для живих організмів. Тому, у місцях існування природних атомних реакторів, очевидно, що були, так би мовити, “мертві плями”, де не було ніякого життя, адже ДНК руйнується радіоактивним йонізуючим випромінюванням. Але на краю плями, де рівень радіації був значно нижчим – в таких місцях були часті мутації, а отже, постійно виникали нові види. Вчені до тепер чітко не знають з чого почалось життя на Землі. Вони тільки знають, що для цього був потрібен сильний енергетичний імпульс, який дозволив би утворенню перших органічних полімерів. Вважають, що такими імпульсами могли бути блискавки, вулкани, падіння метеоритів і астероїдів, проте, в останні роки пропонується за вихідну точку вважати гіпотезу, що такий імпульс могли створити природні ядерні реактори. Хто зна…

admin Written by:

5 Comments

  1. Грудень 19, 2011
    Reply

    Андрій, ну що ви пишете, справді… Ну неможна ж так: кількість нейтронів буває різною: в 238U – 238 нейтронів, 235U – 235, 234U – 234, 233U – 233 тощо….

    Сподіваюсь, мені не треба буде вдаватись до лікнему за шкільним курсом фізики, і різницю між поняттями “кількість нейтронів”, “кількість нуклонів”, та “заряд ядра атому” ви встановите самі. Поки ж що раджу видалити це речення зовсім.

  2. Грудень 19, 2011
    Reply

    Дійсно ляп вийшов…

  3. Mykola
    Грудень 25, 2011
    Reply

    – “(ксенон – це дуже важкий і радіоактивний газ – авт.)” Не треба демонізувати ксенон:). Стабільних його ізотопів більше, ніж радіоактивних-і за числом, і за співвідношенням у природі;
    – “0,717%. Ця, хоча й мізерна, різниця”-тут варто додати, що норм.-0,720%, але в Окло було і 0,6%, і 0,3%;
    – “В той час також Місяць був набагато ближче до Землі і його припливні сили могли сприяти збільшенню концентрації важких елементів в одному місці”- дуже сумнівна (чи, може, геніальна?) фраза з точки зору геохімії-геології…

  4. Грудень 25, 2011
    Reply

    Пане Mykola, ідея щодо Місяця – геніальна чи ні – належить канадійським і американським дослідникам, а не авторам допису. 0,717% – це дані зі статей французьких дослідників. Хе – дійсно важкий газ і багато його ізотопів є радіоактивними – від 127-го по 147-й, але згоден, що стільки ж ізотопів (110-130) є стабільними… Щодо його демонізації, то одне речення таким вважати не доводиться, а от що вартувало б демонізувати – то радон, адже населення країни ні сном, ні духом про те, що отримує значні дози опромінення від цього газу в закритих приміщеннях, під час приймання душу, споживанням свердловинних вод і т.д. А опромінення радоном може перевищувати норму у 100-200 і навіть 5000 разів…

Напишіть відгук

Ваша пошт@ не публікуватиметься. Обов’язкові поля позначені *

− 7 = 2