Unikalus natūralus branduolinis reaktorius Okle, jo atidarymo istorija ir veikimo principas

Visi esame įpratę, kad branduolinis reaktorius yra sudėtinga inžinerinė struktūra, kuri palyginti neseniai buvo sugalvota žmonijos ir sukurta siekiant duoti naudos per kontroliuojamą branduolinė reakcija.

Tačiau mūsų gamta yra tokia unikali ir įvairi, kad ji sukūrė savo natūralų branduolinį reaktorių, kuris sugebėjo dirbti daugiau nei šimtą metų, ir tai buvo beveik prieš du milijardus metų. Šio atradimo istorija ir šio gamtos reiškinio veikimo principas bus aptarti šiandienos medžiagoje.

Kaip buvo atrastas natūralus branduolinis reaktorius

Taigi, 1956 m. Įsibėgėja vadinamasis šaltasis karas, ir kiekviena daugiau ar mažiau didelė šalis siekia gauti urano 235, kad patektų į uždarą branduolinių jėgų klubą. Prancūzija taip pat parodė tą patį norą, tačiau jai nepavyko rasti urano telkinių savo teritorijoje.

Tačiau, laimei, prancūzų specialistams pavyko rasti turtingą Oklo regioną tokioje šalyje kaip Gabonas (Prancūzija turėjo galią šiai šaliai kaip metropoliui). Tačiau šiame telkinyje iškasamas uranas pasirodė labai keistas. Juk jis atrodė taip, lyg jau būtų lankęsis veikiančiame reaktoriuje.

Tai tapo žinoma po įprastos masės spektrometrinės analizės, atliktos 1972 metais koncentratoriuje.

Tiesiog inžinieriai susidūrė su unikaliu gamtos reiškiniu - natūraliu branduoliniu reaktoriumi, kuris, kaip paaiškėjo, sėkmingai veikė apie du milijardus metų.

Branduolinės reakcijos principas ir urano pusinės eliminacijos laikas 235

Gamtoje galima rasti keletą urano izotopų, tačiau darbui branduoliniuose reaktoriuose ir branduolinių bombų pildymui tinka tik uranas 235. Be to, šio izotopo pusinės eliminacijos laikas yra 700 milijonų metų, ir dėl šio skilimo susidaro toris 231.

Tačiau uraną 235 reikia paveikti tik lėtu neutronu, nes jis tuoj pat suyra. Būtent dėl ​​to šis elementas yra toks unikalus.

Gamtoje yra daug neutronų spinduliuotės šaltinių, galinčių sukelti skilimo reakciją. Tačiau jie juda per greitai, kad galėtų sąveikauti su uranu 235, o tai reiškia, kad jie turi išgyventi išorinio poveikio lėtėjimo etapą.

Pasirodo, jei U235 įdėsite į paprastą vandenį, jis sulėtins pakankamai neutronų ir juos sugers uranas 235. Dėl to susidarys urano izotopas 236, kuris yra labai nestabilus ir greitai suyra į barį 141 ir kriptoną 92, taip pat tris didelės energijos neutronus.

Taigi, kai tik priskirtus tris neutronus pristabdo vanduo, jie taip pat jau gali būti absorbuojami trys urano 235 izotopai, kurie, savo ruožtu, taip pat patirs irimo procesą, greitai išsiskiriant neutronų. Tai išprovokuos eksponentiškai didėjančią branduolio skilimo grandininę reakciją.

Mokslininkai jau seniai išmoko atlikti vadinamąją anglies analizę, kuri tiksliai pagrįsta 235 urano liekamosios dalies nustatymu. Šiuo atžvilgiu viskas paprasta, jei žinote, kada buvo suformuotas uranas ir kad kas 700 milijonų metų jo dalis rūdoje sumažėja perpus, tada technologijos reikalas nustatyti, koks jo kiekis yra rūdoje.

Taigi manoma, kad absoliučiai visas mūsų planetos uranas susidarė tada, tada mūsų Saulė tapo supernova, tai yra, maždaug prieš 6 milijardus metų. Remdamiesi šiais duomenimis, nustatome, kad urano 235 koncentracija urano rūdoje Žemėje turėtų būti 0,72%.

Tačiau rūdos iš Oklo indėlio analizė parodė 0,717%. Iš pirmo žvilgsnio skirtumas nėra reikšmingas, tačiau, atsižvelgiant į indėlio apimtį, buvo apskaičiuota, kad Oklo mieste trūksta apie 200 kg gryno urano, ir to pakaks minutei sukurti keletą atominių bombų.

Nemanau, kad verta sakyti, kad prancūzų nuostabai nebuvo jokių apribojimų, nes, atsižvelgiant į visą politinę situaciją ir besiplečiančios ginklavimosi varžybos tarp Sovietų Sąjungos ir JAV, tokio kiekio urano „praradimas“ sukėlė didelį susirūpinimą ir daug klausimų.

Tačiau nuodugniau ištyrę telkinyje esančią rūdą, mokslininkai taip pat atrado didelį kiekį vadinamųjų urano skilimo produktų 235.

Tai leido manyti, kad išgaunamas uranas 235 jau buvo išsidirbęs reaktoriuje ir buvo grąžintas į žemę.

Ir iš pirmo žvilgsnio tai yra visiška nesąmonė, tačiau tolesnis darbas su indėliu parodė, kad tai unikalus objektas - vienintelis pasaulyje natūralus branduolinis reaktorius.

Natūralaus branduolinio reaktoriaus Oklo veikimo principas

Reaktorius aktyvioje fazėje buvo labai ilgai, būtent prieš maždaug 2 milijardus metų. Be to, tuo metu urano koncentracija rūdoje buvo 3%, kaip ir šiuolaikiniuose branduoliniuose reaktoriuose.

Gamta išsprendė neutronų sulėtinimo problemą požeminio vandens sąskaita, nes paaiškėjo, kad urano rūda yra panardinta į požeminio vandens sluoksnį. Ir būtent šis vanduo sulėtino neutronų reakciją ir sukėlė branduolinę grandininę reakciją.

Ir jei vanduo nuolat būtų „reaktoriuje“, tai vis didėjanti reakcija pereitų į superkritinę būseną ir neišvengiamai įvyktų sprogimas.

Tačiau natūralus Oklo reaktorius niekada nepateko į tokią kritinę būseną. Juk vanduo ir pradeda reakciją, ir gali ją sustabdyti.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas Oklo reaktoriaus skerspjūvis. Taigi praeinantis vanduo per reaktorių sukėlė grandininę reakciją ir labai įkaitino šią vietą, tada po tam tikro laiko vanduo užvirė ir išgaravo. Taigi reakcija sustojo, nes nebuvo nieko, kas sulėtintų neutronus.

Kai reaktorius atvės, į jį vėl buvo surenkamas vanduo ir reakcija buvo pradėta. Reaktorius šioje „darbinėje“ būsenoje išbuvo daugelį metų, kol urano koncentracija nukrito iki tokio lygio, kad nebebuvo įmanoma pasiekti kritiškumo būsenos.

Taip veikė unikalus natūralus Oklo reaktorius, o mokslininkai net apskaičiavo, kad jo galia buvo apie 100 kW.

Šis faktas rodo, kad iš pirmo žvilgsnio gali būti neįmanomas reiškinys gamtoje ir gamta vis dar yra išradėja.

Jei medžiaga jums buvo įdomi, įvertinkite ją ir nepamirškite užsiprenumeruoti kanalo. Ačiū už dėmesį!