Войти
Геологическая ситуация в Габоне, ведущая к естественным ядерным реакторам деления Ископаемый естественный ядерный реактор деления представляет собой урановое месторождение, где самообеспечение произошли цепные ядерные реакции. Это можно проверить с помощью анализа соотношений изотопов . Условия, при которых мог существовать природный ядерный реактор, были предсказаны в 1956 году Полом Казуо Курода. Явление было обнаружено в 1972 году в Окло, Габон французским физиком Фрэнсисом Перреном в условиях, очень похожих на предсказанные.
Окло - единственное известное место для этого в мире и состоит из 16 участков, в которых, как предполагается, имели место самоподдерживающиеся ядерные реакции деления, примерно 1,7 миллиарда лет назад и проработал несколько сотен тысяч лет, в среднем, вероятно, менее 100 кВт тепловой энергии за это время.
В мае 1972 года на предприятии по обогащению урана Tricastin, Пьерлат, Франция, была проведена стандартная масс-спектрометрия, сравнивающая UF6 образцы из рудника Окло, расположенного в Габон, показал несоответствие в количестве изотопа . U.. Обычно концентрация составляет 0,72%, в то время как в этих образцах только 0,60%, разница значительная. Это несоответствие требовало объяснения, поскольку все гражданские предприятия по обращению с ураном должны тщательно учитывать все делящиеся изотопы, чтобы гарантировать, что ни один из них не будет перенаправлен на оружейные цели. Таким образом, французский Commissariat à l'énergie atomique (CEA) начал расследование. Серия измерений относительного содержания двух наиболее важных изотопов урана, добываемого в Окло, показала аномальные результаты по сравнению с результатами, полученными для урана из других рудников. Дальнейшие исследования этого уранового месторождения обнаружили урановую руду с концентрацией. U. всего 0,44%. Последующее исследование изотопов продуктов деления, таких как неодим и рутений, также показало аномалии, как более подробно описано ниже.
Эта потеря в. U. - именно то, что происходит в ядерном реакторе. Возможное объяснение, таким образом, заключалось в том, что урановая руда работала как естественный реактор деления. Другие наблюдения привели к такому же выводу, и 25 сентября 1972 года CEA объявило о своем открытии, что самоподдерживающиеся ядерные цепные реакции произошли на Земле около 2 миллиардов лет назад. Позже в этом районе были обнаружены и другие природные реакторы ядерного деления.
Изотопные сигнатуры природного неодима и продуктов деления неодима из. U., которые подверглись воздействию тепловых нейтронов. Неодим и другие элементы. с изотопным составом, отличным от того, что обычно встречается на Земле. Например, Окло содержит менее 6% изотопа . Nd., в то время как природный неодим содержит 27%; однако Окло содержал больше изотопа. Nd.. Вычитая естественное содержание изотопов Nd из Oklo-Nd, изотопный состав соответствовал составу, полученному при делении. U..
Изотопные сигнатуры природного рутения и продукта деления рутения из. U., которые подверглись воздействию тепловых нейтронов.. Mo. (долгоживущий двойной бета-излучатель) не успел распасться до. Ru. с тех пор, как реакторы перестали работать. Аналогичные исследования изотопных отношений рутения при Окло обнаружил гораздо более высокую концентрацию. Ru., чем обычно встречающуюся в природе (27–30% против 12,7%). Эту аномалию можно объяснить уменьшением. Tc. до. Ru.. На гистограмме нормальная сигнатура природного изотопа рутения сравнивается с сигнатурой продукта деления рутения, который является результатом деления. U. тепловыми нейтронами. Ясно, что рутений деления имеет другую изотопную сигнатуру. Уровень. Ru. в смеси продуктов деления низкий из-за долгоживущего (период полураспада = 10 лет) изотопа молибдена. Во временном масштабе, когда реакторы работали, произойдет очень небольшой распад до. Ru..
Естественный ядерный реактор образовался, когда месторождение богатых ураном полезных ископаемых было затоплено подземными водами, которые действовали как замедлитель нейтронов, и произошла цепная ядерная реакция. Тепло, образовавшееся в результате ядерного деления, привело к выкипанию грунтовых вод, что замедлило или остановило реакцию. После охлаждения минерального отложения вода возвращалась, и реакция возобновлялась, выполняя полный цикл каждые 3 часа. Циклы реакции деления продолжались сотни тысяч лет и закончились, когда постоянно уменьшающиеся делящиеся материалы больше не могли выдерживать цепную реакцию.
При делении урана обычно образуются пять известных изотопов газообразных продуктов деления ксенон ; все пятеро были обнаружены в остатках природного реактора в различных концентрациях. Концентрации изотопов ксенона, обнаруженных в минеральных образованиях спустя 2 миллиарда лет, позволяют рассчитать конкретные временные интервалы работы реактора: примерно 30 минут критичности, затем 2 часа 30 минут охлаждения для завершения 3-часового
Ключевым фактором, сделавшим возможной реакцию, было то, что в то время, когда реактор стал критическим 1,7 миллиарда лет назад, делящийся изотоп. U. образовал около 3,1% природного урана, что сопоставимо с количеством, используемым в некоторых из сегодняшних реакторов. (Остальные 96,9% были неделящимися. U..) Поскольку. U. имеет более короткий период , чем. U., и, таким образом, распадается быстрее, текущее содержание. U. в естественных уран составляет около 0,70–0,72%. Поэтому естественный ядерный реактор на Земле больше невозможен без тяжелой воды или графита.
Месторождения урановой руды Окло - единственные известные места, где существовали естественные ядерные реакторы. Другие богатые урановые рудные тела также имели достаточно урана для поддержания ядерных реакций в то время, но сочетание урана, воды и физических условий, необходимых для поддержания цепной реакции, было уникальным, насколько известно в настоящее время, для рудных тел Окло..
Еще одним фактором, который, вероятно, способствовал запуску природного ядерного реактора в Окло через 2 миллиарда лет, а не раньше, было увеличение содержания кислорода в атмосфере Земли. Уран естественным образом присутствует в земных породах, и содержание делящегося. U. всегда было не менее 3% или выше до запуска реактора. Уран растворим в воде только в присутствии кислорода. Следовательно, повышение уровня кислорода во время старения Земли, возможно, позволило урану раствориться и транспортироваться с грунтовыми водами в места, где может накапливаться достаточно высокая концентрация для образования богатых урановых рудных тел. Без новой аэробной среды, существовавшей на Земле в то время, эти концентрации, вероятно, не могли бы иметь место.
Подсчитано, что ядерные реакции в уране в жилах от сантиметров до метра потребляли около пяти тонн. U. и повышали температуру до нескольких сотен градусов по Цельсию. Большинство нелетучих продуктов деления и актинидов за последние 2 миллиарда лет переместились в жилах только на сантиметр. Исследования показали, что это полезный природный аналог для захоронения ядерных отходов.
Природный реактор Окло использовался для проверки наличия атомной постоянная тонкой структуры α могла измениться за последние 2 миллиарда лет. Это потому, что α влияет на скорость различных ядерных реакций. Например, . Sm. захватывает нейтрон, чтобы стать. Sm., и поскольку скорость захвата нейтрона зависит от значения α, соотношение двух изотопов самария в образцах из Окло можно использовать для вычислите значение α 2 миллиарда лет назад.
В нескольких исследованиях были проанализированы относительные концентрации радиоактивных изотопов, оставшихся в Окло, и большинство из них пришли к выводу, что тогда ядерные реакции были во многом такими же, как и сегодня, что означает, что α было таким же.
