Король А.Ю. - студент 121 класса СНИЯЭиП
(Севастопольский национальный институт ядерной энергии и промышленности.)
Руководитель - к.т.н. , доцент кафедры ЯППУ СНИЯЭиП Вах И.В., ул. Репина
14 кв. 50
В
Окло (урановый рудник в государстве Габон, вблизи экватора, западная Африка)
1900 миллионов лет назад работал природный ядерный реактор. Было выделено
шесть "реакторных" зон, в каждой из которых обнаружены признаки
протекания реакции деления. Остатки распадов актиноидов указывают на то,
что реактор работал в режиме медленного кипения на протяжении сотен тысяч
лет.
В мае - июне 1972 года при рядовых измерениях
физических параметров партии природного урана поступившего на обогатительную
фабрику французского города Пьерлате из африканского месторождения Окло
(урановый рудник в Габоне, государстве, расположенном вблизи экватора
в Западной Африке) обнаружилось, что изотопа U - 235 в поступившем природном
уране меньше стандартного. Было обнаружено, что в уране содержится 0,7171%
U - 235. Нормальное значение для природного урана 0,7202%
U - 235. Во всех урановых минералах, во всех горных породах и природных
водах Земли, а также в лунных образцах это соотношение выполняется. Месторождение
в Окло пока единственный, зарегистрированный в природе случай, когда это
постоянство было нарушено. Разница была незначительная - всего лишь 0,003%,
но тем не менее она привлекла внимание технологов. Возникло подозрение,
что имела место диверсия или похищение делящегося материала, т.е. U -
235. Однако оказалось, что отклонение в содержание U-235 прослеживалось
вплоть до источника урановой руды. Там в некоторых пробах было обнаружено
менее 0,44% U-235.пробы брали повсюду по руднику и показали систематическое
уменьшение содержания U-235 поперёк некоторых жил. Эти рудные жилы имели
толщину более 0,5 метров.
Предположение, что U-235 "выгорел", как это бывает в топках
ядерных электростанций, поначалу прозвучало как шутка, хотя для того имелись
серьёзные основания. Расчёты показали, что если массовая доля грунтовых
вод в пласте составляет около 6% и если природный уран обогащён до 3%
U-235, то при этих условиях может начать работать природный ядерный реактор.
Поскольку рудник находится в тропической зоне и довольно близко к поверхности,
то существование достаточного количества грунтовых вод весьма вероятно.
Соотношение изотопов урана в руде было не обычным. U-235 и U-238 - радиоактивные
изотопы с различными периодами полураспада. U-235 имеет период полураспада
700 млн. лет, а U-238 распадается с периодом полураспада в 4,5 млрд. Изотопное
содержание U-235 находится в природе в процессе медленного изменения.
Например, 400 млн. лет назад в природном уране должен был быть 1% U-235,
1900 млн. лет назад его было 3%, т.е. необходимое количество для "критичности"
жилы урановой руды. Считается, что именно тогда реактор Окло находился
в состоянии работы. Было выделено шесть "реакторных" зон, в
каждой из которых обнаружены признаки протекания реакции деления. Например,
торий от распада U-236 и висмут от распада U-237 были обнаружены только
в реакторных зонах в месторождении Окло. Остатки от распада актиноидов
указывают на то, что реактор работал в режиме медленного кипения на протяжении
сотен тысяч лет. Реакторы были саморегулирующимися, так как чересчур большая
мощность привела бы к полному выкипанию воды и к остановке реактора.
Как же природе удалось создать условия для цепной ядерной реакции? Сначала
в дельте древней реки образовался богатый урановый рудой слой песчаника,
который покоился на крепком базальтовом ложе. После очередного землетрясения
обычного в то буйное время базальтовый фундамент будущего реактора опустился
на несколько километров, потянув за собой урановую жилу. Жила растрескалась,
в трещины проникла грунтовая вода. Затем очередной катаклизм поднял всю
"установку" до современного уровня. В ядерных топках АЭС топливо
располагается компактными массами внутри замедлителя гетерогенный реактор.
Так получилось и в Окло. Замедлителем служила вода. В руде появились глинистые
"линзы", где концентрация от природного урана от обычных 0,5%
повысилась до 40%. Как образовались эти компактные глыбы урана, точно
не установлено. Возможно их создали фильтрационные воды, которые уносили
глину и сплачивали уран в единую массу. Как только масса и толщина слоёв,
обогащённых ураном, достигла критических размеров, в них возникла цепная
реакция, и установка начала работать. В результате работы реактора образовалось
около 6 тонн продуктов деления и 2,5 тонны плутония. Большинство радиоактивных
отходов осталось внутри кристаллической структуры минерала уранита, который
обнаружен в теле руд Окло. Элементы, которые не смогли проникнуть сквозь
решётку уранита из-за слишком большого или слишком маленького ионного
радиуса, диффундируют или выщелачиваются. В течении 1900 млн. лет, прошедших
со времён работы реакторов в Окло, по крайней мере половина из более чем
тридцати продуктов деления оказались связанные в руде, несмотря на обилие
грунтовых вод в этом месторождении. Связанные продукты деления включают
в себя элементы: La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Y, Zr, Ru, Rh, Pd, Ni, Ag.
Была обнаружена некоторая частичная миграция Pb, а миграция Pu была ограничена
расстоянием меньше 10 метров. Только металлы с валентностью 1 или 2, т.е.
те, которые обладают высокой растворимостью в воде, были унесены. Как
и предполагалось, на месте почти не осталось Pb, Cs, Ba и Cd. Изотопы
этих элементов имеют относительно короткие периоды полураспада десятки
лет или меньше, так что они распадаются до нерадиоактивного состояния
прежде, чем смогут далеко мигрировать в почве. Наибольший интерес с точки
зрения долговременных проблем защиты окружающей среды представляют вопросы
миграции плутония. Этот нуклид эффективно связан на срок почти 2 млн.
лет. Так как плутоний к настоящему времени почти полностью распадается
до U-235, то о его стабильности свидетельствует отсутствие избытка U-235
не только снаружи реакторной зоны, но также вне зёрен уранита, где образовывался
плутоний во время работы реактора.
Существовал этот уникум природы около 600 тысяч лет и выработал примерно
13000000 кВт. час энергии. Его средняя мощность всего 25 кВт: в 200 раз
меньше, чем у первой в мире АЭС, давшей в 1954 году электроэнергию подмосковному
городу Обнинску. Но энергия природного реактора не расходовалась впустую:
по некоторым гипотезам именно распад радиоактивных элементов снабжал энергией
разогревающуюся Землю.
Возможно, сюда приплюсовывалась и энергия аналогичных ядерных реакторов.
Сколько их скрыто под землёй? И реактор в то Окло в то стародавнее время,
безусловно, был не исключением. Существуют гипотезы, что работа таких
реакторов "подстегнула" развитие на земле живых существ, что
зарождение жизни связано с влиянием радиоактивности. Данные свидетельствуют
о более высокой степени эволюции органической материи по мере приближения
к реактору Окло. Он вполне мог оказывать влияние на частоту мутаций одноклеточных,
попадавших в зону повышенного уровня радиации, что и привело к появлению
предков человека. Во всяком случае жизнь на Земле возникла и прошла долгий
путь эволюции на уровне естественного фона радиации, которая стала необходимым
элементом развития биологических систем.
Создание атомного реактора - новшество, которым гордится человек. Оказывается
его создание давно записано в патентах природы. Сконструировав ядерный
реактор, шедевр научно - технической мысли, человек, по сути дела, оказался
имитатором природы, много миллионов лет тому назад создавшей установки
подобного рода.
|