Un reactor nuclear cu fisiune naturală este un zăcământ de uraniu în care au loc reacții în lanț fără intervenție umană, moderate de apele subterane. Prezise în 1956 de Paul Kuroda, existența lor a fost confirmată în 1972 la Oklo, Gabon, când cercetătorii francezi au descoperit epuizări neobișnuite de uraniu-235 în probele de minereu.
În mai 1972, oamenii de știință de la Comisia Franceză pentru Energii Alternative și Energie Atomică au descoperit că uraniul din mina Oklo conținea doar 0,60% uraniu-235 în loc de 0,72%, cât era obișnuit. Această pierdere neașteptată de material fisil a ridicat atât preocupări legate de securitate, cât și de economie, ceea ce a determinat investigații suplimentare.
Uraniul din mina Oklo din Gabon conținea niveluri neobișnuit de scăzute de uraniu-235, împreună cu anomalii izotopice în elemente precum neodim și ruteniu. Aceste modele corespundeau cu ceea ce se întâmplă în interiorul unui reactor nuclear, ducând la concluzia că zăcământul a funcționat odată ca un reactor de fisiune natural autosustenabil, acum aproximativ 2 miliarde de ani. Ulterior, în aceeași regiune au fost descoperite mai multe reactoare naturale.
Ciclurile și condițiile reactorului Oklo
Reactorul natural de la Oklo s-a format atunci când roca bogată în uraniu a fost inundată cu apă subterană, ceea ce a încetinit neutronii și a permis o reacție în lanț. Căldura provenită de la fisiune a fiert apa, oprind reacția, care a repornit la răcirea apei. Acestea au fost cicluri repetate la fiecare 3 ore timp de sute de mii de ani.
Izotopii xenonului prinși dezvăluie ciclul: aproximativ 30 de minute de fisiune, 2,5 ore de răcire. Xenonul-135, o otravă neutronică puternică, se formează din iod-135 și se dezintegrează în cesiu-135, care de atunci a devenit bariu-135 stabil. Xenonul-136 se formează lent prin captarea neutronilor, permițând oamenilor de știință să reconstruiască comportamentul reactorului aproape 2 miliarde de ani mai târziu.
Acum 1,7 miliarde de ani, izotopul 235U reprezenta aproximativ 3,1% din uraniul natural – suficient pentru o reacție în lanț, spre deosebire de 0,72% din prezent. Zăcămintele de la Oklo aveau combinația rară de uraniu, apă și condiții fizice necesare reactoarelor naturale. Este posibil să fi existat și alte situri, dar au fost modificate geologic sau diluate, ceea ce face ca existența unor astfel de reactoare să fie puțin probabilă în alte părți.
Oklo este dovada reacțiilor nucleare naturale și test pentru constante fundamentale
Creșterea nivelului de oxigen în urmă cu aproximativ 2 miliarde de ani a contribuit la dizolvarea și concentrarea uraniului în apele subterane, formând zăcăminte bogate în minereuri necesare reactorului Oklo. Aproximativ cinci tone de Uranium-235 au suferit fisiune, producând căldură de câteva sute de grade C și aproximativ 100 de megatone de echivalent TNT.
Majoritatea produselor de fisiune au rămas în apropierea tunelurilor formate, făcând din Oklo un model natural pentru depozitarea deșeurilor nucleare. Printre produsele cheie de fisiune s-au numărat technețiu-99, zirconiu-93, cesiu-135, paladiu-107, stronțiu-90 și cesiu-137.
Reactorul natural de la Oklo a fost folosit pentru a verifica dacă constanta structurii fine atomice α s-ar fi putut modifica în ultimele două miliarde de ani. Acest lucru se datorează faptului că ea influențează rata diferitelor reacții nucleare. Mai multe studii au analizat concentrațiile relative de izotopi radioactivi rămași la Oklo, iar majoritatea au concluzionat că reacțiile nucleare de atunci erau aproape la fel ca astăzi, ceea ce implică faptul că α era și ea aceeași.
Surse:
- Naudet, R. (1991). Oklo: reactoare nucleare fosile.
- Hidaka, H. și Holliger, P. (1998). Implicații geochimice și geofizice ale reactoarelor naturale de la Oklo.
Foto: Minereu de uraniu. Imaginiea au fost prezentată în „Galeria foto Minerale și materiale” de pe site-ul Subcomisiei pentru Energie și Resurse Naturale a Camerei Reprezentanților din SUA.
Citește și:
