Secțiunea geologică a reactorului nuclear natural Oklo
1. Zone de fisiune
2. Gresie
3. Strat de minereu de uraniu
4. Granit
Un reactor nuclear natural din Oklo este un număr de corpuri de minereu în depozitul de uraniu Okolo din Gabon. în care acum 1,8 miliarde de ani [1] a avut loc o reacție în lanț spontan de fisiune a nucleelor de uraniu. În prezent, reacția s-a oprit din cauza epuizării stocurilor de izotopi de 235 U cu o concentrație adecvată.
Fenomenul a fost descoperit de fizicianul francez Francis Perrin (francez). în 1972, ca urmare a studierii compoziției izotopice a elementelor din minereul Oklo. Condițiile naturale sub care este posibil să curgă o reacție de fisiune nucleară de sine stătătoare, a prezis Paul Kazuo Kuroda (Engl. Paul Kazuo Kuroda) godu în 1956 [2] și sa dovedit a fi mai aproape de realitate.
Oklo este singurul reactor nuclear natural cunoscut pe Pământ. Reacția în lanț a început aici cu aproximativ 2 miliarde de ani în urmă și a durat câteva sute de mii de ani. Puterea termică medie a reactorului a fost de aproximativ 100 kW [3] [4].
Produse de fisiune nucleară
Neodimul este unul dintre elementele a căror compoziție izotopică în Oklo este anormală în comparație cu alte teritorii. De exemplu, neodimul natural conține 27% din izotopul 142 Nd, în timp ce în Oklo este de numai 6%. În același timp, mina Oklo conținea mai mult izotop 143 Nd. Această compoziție izotopică este caracteristică pentru produsele de degradare de 235 U.
Anomalii similare ale compoziției izotopice în Oklo sunt observate pentru ruteniu. Izotopul 99 Ru se găsește în cantități mari decât în condiții naturale (27-30% în loc de 12,7%). Anomalia poate fi explicată prin descompunerea 99 Tc → 99 Ru. Izotopul 100 Ru este detectat în cantități mai mici, deoarece este rezultatul unei dezintegrare extrem de lent 100 100 Mo → Ru, cu care durata de viață a reacției în lanț nu a avut timp să acumuleze un număr suficient de produse.
Compoziția izotopică a neodimului în mediul natural și în produsele de dezintegrare 235 U
Compoziția izotopică a ruteniului în mediul natural și în produsele de dezintegrare 235 U
Mecanismul educației
Reactorul a apărut ca urmare a inundării rocilor bogate în uraniu poros cu apele subterane, care au acționat ca moderatori neutroni. Căldura generată de reacție a cauzat fierberea și evaporarea apei, care a încetinit sau a oprit reacția în lanț. După ce roca a fost răcită și produsele de dezintegrare de scurtă durată s-au dezintegrat (otrăvuri neutronice), apa s-a condensat și reacția a fost reluată. Acest proces ciclic a durat câteva sute de mii de ani.
Când se distruge uraniul printre produsele de fisiune, se formează cinci izotopi ai xenonului. Toți cei cinci izotopi în diferite concentrații s-au găsit în rocile reactorului natural. Compoziția izotopică a speciilor selectate de xenon permite calcularea că un ciclu tipic de reactor a fost de aproximativ 3 ore de vizite:. Aproximativ 30 de minute criticality și 2 ore și 30 de minute de răcire [5]
Depozitul de uraniu Oklo este singurul loc cunoscut unde a existat un reactor nuclear natural. Alte organe bogate de minereu de uraniu a avut, de asemenea, o cantitate suficientă de uraniu pentru reacția autoîntreținută fisiune în lanț la momentul respectiv, dar combinația de condiții fizice în Oklo (în special, prezența apei ca moderator de neutroni, și așa mai departe). A fost unic.
Un alt factor care a contribuit probabil la începutul reacției este 2 Oklo Ga, și nu mai devreme, a fost creșterea conținutului de oxigen din atmosfera [4]. Uraniul este ușor solubil în apă numai în prezența oxigenului, astfel încât transferul crustei și concentrația de uraniu formând corpuri bogate de minereu de apă subterană a devenit posibilă numai după atingerea unui conținut suficient de oxigen liber.
Se estimează că aproximativ 5 tone de uraniu-235 au fost arse în reacțiile de fisiune care au avut loc în formarea mineralelor de uraniu, măsurând de la centimetri la metri. Temperaturile din reactor au crescut la câteva sute de grade Celsius. Majoritatea produselor de fisiune și actinide nonvolatile din ultimii 2 miliarde de ani s-au difuzat cu numai centimetri [4]. Acest lucru face posibilă studierea transportului izotopilor radioactivi în crusta pământului [6].
Conectarea cu structura fină constantă
Studiile unui reactor natural din Oklo au fost folosite pentru a testa variația constantei fizice fundamentale - structura fină constantă α - în ultimii 2 miliarde de ani. O mică schimbare în α ar provoca o schimbare semnificativă în viteza unor reacții nucleare. În special, captarea de rezonanță a unui neutron termic de către nucleul 149 Sm cu formarea lui 150 Sm nu mai este posibil chiar și cu o mică schimbare în α. Măsurarea conținutului relativ de 149 Sm / 150 Sm în minerale Oklo posibil să se stabilească faptul că, în eroarea experimentală a valorii constantei structurii fine a fost aceeași ca și cea din zilele noastre [7] [8].