Природний атомний реактор «Окло»

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Геологічний розріз ядерного реактора «Окло»
1. Зони поділу
2. Пісковик
3. Шар уранової руди
4. Граніт

Природний атомний реактор «Окло» — виявлений біля міста Окло (Габон, Африка, на західному узбережжі Центральної Африки) у покладах урану, які сьогодні видобувають відкритим способом.

Історія[ред. | ред. код]

Явище було виявлене французьким фізиком Франсисом Перреном (Francis Perrin) у 1972 році в результаті вивчення ізотопного складу елементів в рудах родовища Окло.

У травні 1972 року на урановій збагачувальній фабриці в П'єррлатт (муніципалітет у Франції, у регіоні Овернь-Рона-Альпи, департамент Дром) під час звичайного мас-спектрометричного аналізу гексафлуориду урану UF6 з Окло було виявлено відхилення від норми ізотопного складу урану. Вміст ізотопу 235U склав 0,717 % замість звичайних 0,720 %. Ця розбіжність вимагала пояснення, так як всі ядерні об'єкти піддаються жорсткому контролю з метою недопущення незаконного використання матеріалів, що розщеплюються у військових цілях. Французький Комісаріат атомної енергетики (CEA) почав розслідування. Серія вимірювань виявила значні відхилення ізотопного відношення 235U / 238U в декількох шахтах. В одній з шахт вміст 235U склав 0,440 %. Були виявлені також аномалії в розподілі ізотопів неодиму та рутенію.

Зменшення концентрації ізотопу 235U є характерною рисою відпрацьованого ядерного палива, так як саме цей ізотоп є основним розщеплюваним матеріалом уранового ядерного реактора. 25 вересня 1972 року CEA оголосив про відкриття природної ядерної реакції.

Загальна характеристика[ред. | ред. код]

Природний атомний реактор «Окло» — єдиний на планеті природний реактор ядерного поділу. Окло складається з 16 майданчиків, на яких, як вважають, відбувалися реакції самопідтримки ядерного поділу ядер урану приблизно 1,7-2,0 мільярда років тому і тривали до 500 тисяч років.

За оцінками природний атомний реактор «Окло» виробив за цей час декілька сотень тераватт-годин енергії, що приблизно відповідає кількості електроенергії, яку виробляє АЕС за декілька десятків років.[1][2][3].

За час діяльності природного реактора розклалося в цілому до 10 тонн ізотопу урану 235U, і з ізотопу 238U утворилося до 4 тонн ізотопу плутонію 239Pu.

Реакція припинилася бл. 1,5 млрд років тому через виснаження запасів ізотопу 235U (вони знизилися з 3 % до поточних 0,7 %). Сучасна поширеність урану-235 становить лише 0,72 %, чого недостатньо для роботи реактора з водним сповільнювачем без попереднього ізотопного збагачення. Таким чином, в даний час утворення природного ядерного реактора на Землі неможливе.

Опис феномену[ред. | ред. код]

Ланцюгова ядерна реакція розщеплення розпочалася й підтримувалася спонтанно в результаті виникнення необхідних і достатніх для неї умов, які були сформульовані Полом Кадзуо Куродой (англ. Paul Kazuo Kuroda) — хіміком з Університету Арканзасу): в 1956 році[4]

  • розмір родовища перевищує середню довжину пробігу нейтронів, які викликають розщеплення;
  • концентрація урану-235 — достатня для реакції (близько 3 %);
  • наявність речовини, здатної сповільнювати нейтрони, які випромінюються при розщепленні ядер урану, з тим, щоб вони ефективніше викликали розщеплення інших ядер;
  • відсутність у масі руди помітних кількостей бору, літію та інших елементів, які активно поглинають нейтрони і можуть викликати зупинку ядерної реакції.

Усі ці умови склалися близько 2 млрд років тому принаймні на 16 ділянках у межах Окло та Окелобондо (сьогодні тут діють уранові шахти). Природні реактори працювали циклічно — вмикалися й вимикалися. Найбільш вірогідний механізм цього явища передбачає наявність ґрунтових вод, які википали після того, як температура досягала критичного рівня. Вода діяла як сповільнювач нейтронів, і коли вона випаровувалась, ланцюгова реакція тимчасово припинялася, а після того як зона реакції остигала, в неї знову потрапляли ґрунтові води й ланцюгова ядерна реакція розщеплення, очевидно, поновлювалася. Періоди «увімкненого» стану реактора становили близько 30 хвилин, а «вимкненого» — 2,5 години[5]. Цей механізм не дозволяв породам ні розплавитися, ні вибухнути та існував упродовж сотень тисяч років.

Сьогодні «феномен Окло» становить не лише науковий інтерес, а також є зразком природного довгострокового геологічного сховища ядерних відходів. Тут проведено дослідження міграції продуктів ядерного розщеплення.

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Meshik, A. P. (November 2005). The Workings of an Ancient Nuclear Reactor. Scientific American. 293 (5): 82–6, 88, 90–1. Bibcode:2005SciAm.293e..82M. doi:10.1038/scientificamerican1105-82. PMID 16318030. Архів оригіналу за 27 лютого 2009. 
  2. Mervine, Evelyn (13 липня 2011). Nature's Nuclear Reactors: The 2-Billion-Year-Old Natural Fission Reactors in Gabon, Western Africa. blogs.scientificamerican.com. Архів оригіналу за 28 листопада 2021. Процитовано 3 червня 2020. 
  3. Gauthier-Lafaye, F.; Holliger, P.; Blanc, P.-L. (1996). Natural fission reactors in the Franceville Basin, Gabon: a review of the conditions and results of a "critical event" in a geologic system. Geochimica et Cosmochimica Acta. 60 (25): 4831–4852. Bibcode:1996GeCoA..60.4831G. doi:10.1016/S0016-7037(96)00245-1. 
  4. Kuroda, P. K. On the Nuclear Physical Stability of the Uranium Minerals : [англ.] // Journal of Chemical Physics : journal. — 1956. — Vol. 25. — С. 781—782; 1295—1296. — Bibcode1956JChPh..25..781K. — DOI:10.1063/1.1743058.
  5. Meshik, A. P.; et al. Record of Cycling Operation of the Natural Nuclear Reactor in the Oklo/Okelobondo Area in Gabon : [англ.] // Physical Review Letters : journal. — 2004. — Vol. 93, № 18. — С. 182302. — Bibcode2004PhRvL..93r2302M. — DOI:10.1103/PhysRevLett.93.182302. — PubMed.

Література та джерела[ред. | ред. код]