Как природа создала ядерный реактор в Габоне, работающий сотни тысяч лет

Если задать вопрос — когда на Земле появился первый ядерный реактор, большинство людей заглянут в Википедию, и ответят, что он был запущен в декабре 1942 года. С одной стороны, так и есть, но только если речь идет о реакторе, созданном руками человека. Однако мало кто знает, что на нашей планете уже 1,8 миллиарда лет существует естественный ядерный реактор, в котором тысячелетиями происходила самопроизвольная цепная реакция деления ядер урана. В настоящее время он уже не действует, так как в нем закончилось “ядерное топливо”. Самое интересное, что реактор был обнаружен в Габоне в Африке в начале 70-х годов, однако ученые спрогнозировали его существование еще в середине 50-х годов.

Что такое природный ядерный реактор

Природным ядерным реактором называется месторождение урана, где цепная реакция ядерного деления происходит естественным образом, то есть без вмешательства человека. В таких реакторах природная урановая руда, насыщенная водой и обладающая подходящими характеристиками, может запускать и длительное время поддерживать ядерные реакции, как это происходит в искусственно созданных реакторах.

В 1956 году, то есть задолго до обнаружения природного ядерного реактор в Африке, японо-американский химик и физик-ядерщик Павел Кадзуо Курода описал условия, при которых на Земле возможна самоподдерживающаяся цепная реакция. Как впоследствии выяснилось, изложенные им данные были близки к реальности.

Как работает природный ядерный реактор

Природный реактор деления работает по тому же принципу, что и искусственные реакторы – ядра урана-235, попадая под воздействие нейтронов, делятся, высвобождая тепло и выделяя дополнительные нейтроны. Эти нейтроны попадают в другие атомы урана, вызывая дальнейшие деления. Таким образом поддерживается цепная реакция.

В единственном известном природном ядерном реакторе воду посчитали ключевым элементом, который играл роль замедлителя нейтронов. Когда вода находилась рядом с рудой, реакция шла активно. Когда вода испарялась из-за выделяемого тепла, реакция замедлялась или прекращалась. После остывания и возвращения воды, реакция возобновлялась, образуя повторяющийся цикл.

Природный ядерный реактор в Около

Единственный в мире известный природный реактор деления находится в месторождении Окло. Примерно 1,7-1,8 миллиарда лет назад в этом месте шла самоподдерживающаяся цепная реакция, которая, как уже было сказано выше, продолжалась сотни тысяч лет.

В породах месторождения Окло находятся своеобразные крупные образования уранинита, то есть минерала с высоким содержанием урана. Эти участки залегали в пористом песчанике. Их диаметр составлял примерно 10 метров, а толщина пласта колебалась от 20 до 90 сантиметров. Уран в этих породах занимал от 20 до 80% всей массы. Это очень высокая концентрация для природной среды, что и позволило запустить цепную реакцию деления.

О том, что на месте рудника происходило деления урана-235, ученые выяснили в результате исследования изотопов. Обедненный уран, а также содержание некоторых элементов из середины таблицы Менделеева, недвусмысленно указывали на этот процесс в прошлом.

В общей сложности ученым удалось выявить 16 таких природных реакторов, расположенных в трех районах – в самом Окло, рядом с ним в зоне Окелобондо (в 1,6 км) и в месторождении Бангомбе (в 20 км к югу от Окло). Все эти древние очаги природной цепной реакции получили общее название — “Природный ядерный реактор Окло”, так как сконцентрирован на одном участке.

Также исследования показали, что тепловая мощность естественного реактора, скорее всего, никогда не превышала 100 кВт в 2,5 часа. То есть он не был таким мощным, как современные реакторы, которые используются на атомных станциях. Даже мини-реакторы обладают более высокой мощностью.

Почему на Земле больше никогда не возникнут естественные ядерные реакторы

Два миллиарда лет назад естественная концентрация урана-235 (изотопа, который наиболее активно участвует в реакциях деления) была выше, чем сегодня. Это и способствовало запуску цепной реакции. В настоящее время природные цепные реакции невозможны, поскольку содержание урана-235 в природном радиоактивном уране слишком низкое. Этот изотоп с течением времени распадается естественным образом.

Обязательно посетите наши каналы Дзен и Telegram, здесь вас ждут самые интересные новости из мира науки и последние открытия!

Например, около двух миллиардов лет назад концентрация урана-235 достигала 3,7%, три миллиарда лет назад — 8,4%, а четыре миллиарда лет назад — целых 19,2%. Последний раз естественные ядерные реакторы могли существовать на Земле около миллиарда лет назад.

Напоследок отметим, что открытие реактора в Окло стало важным событием, которое показало, что природа способна создавать сложные ядерные процессы. Реактор помогает ученым лучше понять поведение ядерных реакций, а также изучить поведение продуктов деления и некоторые другие процессы, связанные с ядерной реакцией.