Reattore nucleare naturale unico in Oklo, storia della sua apertura e principio di funzionamento

Siamo tutti abituati al fatto che un reattore nucleare è una struttura ingegneristica complessa, che è stato inventato relativamente di recente dall'umanità e fatto per portare benefici attraverso un controllo reazione nucleare.

Ma la nostra natura è così unica e diversificata che ha creato il suo reattore nucleare naturale, che è riuscito a funzionare per più di cento anni, ed era quasi due miliardi di anni fa. La storia della scoperta e il principio di funzionamento di questo fenomeno naturale saranno discussi nel materiale di oggi.

Come è stato scoperto un reattore nucleare naturale

Così, 1956, la cosiddetta Guerra Fredda è in pieno svolgimento, e ogni paese più o meno grande si sforza di ottenere l'uranio 235 per entrare nel club ristretto delle potenze nucleari. Anche la Francia ha mostrato lo stesso desiderio, ma non è riuscita a trovare giacimenti di uranio sul suo territorio.

Ma fortunatamente, gli specialisti francesi sono riusciti a trovare la ricca regione dell'Oklo in un paese come il Gabon (la Francia aveva potere su questo paese come metropoli). Ma l'uranio estratto in questo deposito si è rivelato molto strano. Dopotutto, sembrava che avesse già visitato un reattore in funzione.

Questo divenne noto dopo la consueta analisi spettrometrica di massa eseguita nel 1972 al concentratore.

È solo che gli ingegneri si sono trovati di fronte a un fenomeno naturale unico: un reattore nucleare naturale, che, come si è scoperto, ha funzionato con successo per circa due miliardi di anni.

Il principio della reazione nucleare e l'emivita dell'uranio 235

In natura si possono trovare diversi isotopi dell'uranio, ma solo l'uranio 235 è adatto per il lavoro nei reattori nucleari e per il riempimento di bombe nucleari. Inoltre, l'emivita di questo isotopo è di 700 milioni di anni e, come risultato di questo decadimento, si forma il torio 231.

Ma basta influenzare l'uranio 235 con un neutrone lento, poiché decade immediatamente. Questo è ciò che rende questo elemento così unico.

Ci sono molte fonti di radiazione di neutroni in natura che sono abbastanza in grado di innescare una reazione di decadimento. Ma si stanno muovendo troppo velocemente per interagire con l'uranio 235, il che significa che devono attraversare una fase di decelerazione a causa di influenze esterne.

Si scopre che se metti l'U235 nell'acqua normale, rallenta abbastanza neutroni e saranno assorbiti dall'uranio 235. Questo produrrà l'isotopo uranio 236, che è estremamente instabile e decade rapidamente in bario 141 e krypton 92, oltre a tre neutroni ad alta energia.

Quindi, non appena i tre neutroni assegnati vengono rallentati dall'acqua, possono anche essere già assorbiti tre isotopi dell'uranio 235, che a loro volta subiranno anch'essi un processo di decadimento con rilascio di neutroni. Ciò provocherà una reazione a catena esponenziale crescente della fissione nucleare.

Gli scienziati hanno imparato da tempo come eseguire la cosiddetta analisi del carbonio, che si basa proprio sulla determinazione della frazione residua dell'uranio 235. A questo proposito, tutto è semplice, se sai quando si è formato l'uranio e che ogni 700 milioni di anni la sua quota nel minerale si dimezza, allora è una questione di tecnologia determinare quale sia il suo contenuto nel minerale.

Quindi si ritiene che tutto l'uranio sul nostro pianeta si sia formato allora, quindi il nostro Sole è diventato una supernova, cioè circa 6 miliardi di anni fa. Sulla base di questi dati, troviamo che la concentrazione di uranio 235 nel minerale di uranio sulla Terra dovrebbe essere dello 0,72%.

Ma l'analisi del minerale del giacimento di Oklo ha mostrato un grado dello 0,717%. A prima vista la differenza non è significativa, ma, visto il volume del deposito, si è stimato che in Oklo mancano circa 200 kg di uranio puro, e questo basterà per un minuto per creare diversi atomi bombe.

Non credo valga la pena dire che non c'era limite alla sorpresa dei francesi, poiché, data l'intera situazione politica e lo svolgersi della corsa agli armamenti tra l'Unione Sovietica e gli Stati Uniti, la "perdita" di una tale quantità di uranio ha causato grande preoccupazione e molte domande.

Ma con uno studio più approfondito del minerale nel giacimento, gli scienziati hanno anche scoperto una grande quantità dei cosiddetti prodotti di decadimento dell'uranio 235.

Ciò suggeriva che l'uranio 235 estratto si era già elaborato nel reattore ed era stato restituito al suolo.

E, a prima vista, questa è una totale assurdità, ma ulteriori lavori sul deposito hanno dimostrato che si tratta di un oggetto unico: l'unico reattore nucleare naturale al mondo.

Il principio di funzionamento di un reattore nucleare naturale in Oklo

Il reattore è rimasto in fase attiva per molto tempo, vale a dire circa 2 miliardi di anni fa. Inoltre, a quel tempo la concentrazione di uranio nel minerale era del 3%, proprio come nei moderni reattori nucleari.

La natura ha risolto il problema del rallentamento dei neutroni a spese delle acque sotterranee, poiché si è scoperto che il minerale di uranio era immerso nello strato di acque sotterranee. Ed è stata quest'acqua a rallentare i neutroni che hanno reagito e hanno innescato una reazione nucleare a catena.

E se l'acqua fosse costantemente nel "reattore", allora la reazione sempre crescente passerebbe in uno stato supercritico e si verificherebbe inevitabilmente un'esplosione.

Ma il reattore naturale di Oklo non è mai entrato in uno stato così critico. Dopotutto, l'acqua avvia la reazione e può fermarla.

La figura sopra mostra una sezione trasversale del reattore di Oklo. Quindi l'acqua che passava attraverso il reattore innescava una reazione a catena e rendeva quest'area molto calda, poi dopo un certo tempo l'acqua bolliva ed evaporava. Quindi, la reazione si fermò, poiché non c'era nulla che rallentasse i neutroni.

Quando il reattore si è raffreddato, l'acqua è stata nuovamente raccolta in esso e la reazione è stata avviata. Il reattore è rimasto in questo stato "funzionante" per molti anni, fino a quando la concentrazione di uranio è scesa a un livello tale da non essere più possibile raggiungere lo stato di criticità.

Ecco come funzionava l'unico reattore naturale di Oklo e gli scienziati hanno persino calcolato che la sua potenza era di circa 100 kW.

Questo fatto indica che, a prima vista, un fenomeno impossibile in natura potrebbe esistere e la natura è ancora un inventore.

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