Unikátní přírodní jaderný reaktor v Oklo, historie jeho otevření a princip fungování

Všichni jsme zvyklí na to, že jaderný reaktor je složitá inženýrská struktura, která byl relativně nedávno vynalezen lidstvem a vyroben tak, aby přinášel výhody prostřednictvím kontrolovaného jaderná reakce.

Naše příroda je ale natolik jedinečná a rozmanitá, že si vytvořila vlastní přírodní jaderný reaktor, který dokázal fungovat více než sto let, a bylo to téměř před dvěma miliardami let. Historie objevu a princip fungování tohoto přírodního jevu bude probírán v dnešním materiálu.

Jak byl objeven přírodní jaderný reaktor

V roce 1956 je tedy takzvaná studená válka v plném proudu a každá více či méně velká země usiluje o získání uranu 235, aby mohla vstoupit do uzavřeného klubu jaderných mocností. Stejnou touhu projevila také Francie, ale nenašla na svém území ložiska uranu.

Francouzským specialistům se ale naštěstí podařilo najít bohatý region Oklo v zemi, jako je Gabon (Francie měla nad touto zemí moc jako metropole). Ale uran vytěžený v tomto ložisku se ukázal být velmi zvláštní. Koneckonců vypadal, jako by již navštívil provozní reaktor.

To se stalo známým po obvyklé hmotnostní spektrometrické analýze provedené v roce 1972 na koncentrátoru.

Prostě inženýři čelili unikátnímu přírodnímu jevu - přírodnímu jadernému reaktoru, který, jak se ukázalo, úspěšně funguje zhruba dvě miliardy let.

Princip jaderné reakce a poločas rozpadu uranu 235

V přírodě lze nalézt několik izotopů uranu, ale pouze uran 235 je vhodný pro práci v jaderných reaktorech a pro plnění jaderných bomb. Navíc je poločas rozpadu tohoto izotopu 700 milionů let a v důsledku tohoto rozpadu vzniká thorium 231.

Ale člověk musí pouze ovlivnit uran 235 pomalým neutronem, protože ten se okamžitě rozpadá. Díky tomu je tento prvek tak jedinečný.

V přírodě existuje mnoho zdrojů neutronového záření, které jsou docela schopné vyvolat rozkladnou reakci. Ale pohybují se příliš rychle na to, aby reagovaly s uranem 235, což znamená, že musí projít fází zpomalení vnějšími vlivy.

Ukazuje se, že pokud dáte U235 do běžné vody, zpomalí to dostatek neutronů a ty budou absorbovány uranem 235. To bude produkovat izotop uranu 236, který je extrémně nestabilní a rychle se rozpadá na baryum 141 a krypton 92, stejně jako tři vysokoenergetické neutrony.

Jakmile tedy přidělené tři neutrony zpomalí voda, mohou být již také absorbovány tři izotopy uranu 235, které naopak také projdou procesem rozpadu s uvolněním rychlých neutrony. To vyvolá exponenciálně rostoucí řetězovou reakci jaderného štěpení.

Vědci se již dlouho naučili provádět takzvanou uhlíkovou analýzu, která je přesně založena na stanovení zbytkové frakce uranu 235. V tomto ohledu je vše jednoduché, pokud víte, kdy uran vznikal a že každých 700 milionů let se jeho podíl na rudě sníží na polovinu, pak je věcí technologie určit, jaký je jeho obsah v rudě.

Věří se tedy, že tehdy byl vytvořen absolutně veškerý uran na naší planetě, poté se naše Slunce stalo supernovou, tedy asi před 6 miliardami let. Na základě těchto údajů zjišťujeme, že koncentrace uranu 235 v uranové rudě na Zemi by měla být 0,72%.

Ale analýza rudy z ložiska Oklo ukázala stupeň 0,717%. Na první pohled rozdíl není významný, ale vzhledem k objemu vkladu se odhadovalo, že v Oklo chybí asi 200 kg čistého uranu, a to bude stačit na minutu k vytvoření několika atomů bomby.

Nemyslím si, že by stálo za to říkat, že překvapení Francouzů nebylo nijak omezeno, protože vzhledem k celé politické situaci a probíhající závody ve zbrojení mezi Sovětským svazem a Spojenými státy, „ztráta“ takového množství uranu způsobila velké znepokojení a mnoho otázek.

Ale s důkladnějším studiem rudy v ložisku vědci objevili také velké množství takzvaných produktů rozpadu uranu 235.

To naznačovalo, že vytěžený uran 235 již v reaktoru fungoval a byl vrácen na zem.

A na první pohled je to naprostý nesmysl, ale další práce na ložisku ukázaly, že se jedná o jedinečný objekt - jediný přírodní jaderný reaktor na světě.

Princip fungování přírodního jaderného reaktoru v Oklo

Reaktor byl v aktivní fázi velmi dlouho, a to zhruba před 2 miliardami let. Přitom v té době byla koncentrace uranu v rudě 3%, stejně jako v moderních jaderných reaktorech.

Příroda vyřešila problém zpomalení neutronů na úkor podzemních vod, protože se ukázalo, že uranová ruda byla ponořena do vrstvy podzemní vody. A byla to právě tato voda, která zpomalila neutrony, které zareagovaly a spustily jadernou řetězovou reakci.

A pokud by byla voda neustále v „reaktoru“, pak by stále rostoucí reakce přešla do superkritického stavu a nevyhnutelně by došlo k výbuchu.

Přirozený reaktor v Oklo se ale nikdy nedostal do tak kritického stavu. Koneckonců, voda reakci spustí a může ji zastavit.

Výše uvedený obrázek ukazuje příčný řez reaktorem Oklo. Procházející voda reaktorem tedy spustila řetězovou reakci a tuto oblast velmi zahřála, poté po určité době voda vřela a odpařila se. Reakce se tedy zastavila, protože neutrony nebylo možné zpomalit.

Když se reaktor ochladil, znovu se do něj shromáždila voda a zahájila se reakce. V tomto „pracovním“ stavu zůstal reaktor mnoho let, dokud koncentrace uranu neklesla na takovou úroveň, že již nebylo možné dosáhnout stavu kritičnosti.

Tak fungoval jedinečný přírodní reaktor v Oklo a vědci dokonce vypočítali, že jeho výkon byl asi 100 kW.

Tato skutečnost naznačuje, že na první pohled v přírodě může existovat nemožný jev a příroda je stále vynálezcem.

Pokud vás materiál zaujal, ohodnoťte ho a nezapomeňte se přihlásit k odběru kanálu. Děkuji za pozornost!