راکتور هسته ای طبیعی در آفریقا راکتور هسته ای باستانی در آفریقا کشف شد

راکتورهای هسته ای طبیعی وجود دارند! زمانی، انریکو فرمی، فیزیکدان برجسته هسته‌ای، با آب و تاب اظهار داشت که تنها انسان می‌تواند راکتور هسته‌ای بسازد... با این حال، همانطور که چندین دهه بعد مشخص شد، او در اشتباه بود - او راکتورهای هسته‌ای نیز تولید می‌کند! آنها صدها میلیون سال پیش وجود داشته اند و در واکنش های زنجیره ای هسته ای حباب می کنند. آخرین آنها، رآکتور هسته ای طبیعی Oklo، 1.7 میلیارد سال پیش خاموش شد، اما هنوز تشعشعات را تنفس می کند.

چرا، کجا، چگونه و مهمتر از همه پیامدهای وقوع و فعالیت این پدیده طبیعی چیست؟

راکتورهای هسته ای طبیعی ممکن است توسط خود مادر طبیعت ایجاد شوند - برای این کافی است که غلظت مورد نیاز ایزوتوپ اورانیوم-235 (235U) در یک "مکان" جمع شود. ایزوتوپ یک نوع منحصر به فرد از عنصر شیمیایی است که با داشتن نوترون کم و بیش در هسته یک اتم با سایرین متفاوت است، در حالی که تعداد پروتون ها و الکترون ها ثابت می ماند.

به عنوان مثال، اورانیوم همیشه دارای 92 پروتون و 92 الکترون است، با این حال، تعداد نوترون ها متفاوت است: 238U دارای 146 نوترون، 235U دارای 143، 234U دارای 142، 233U دارای 141 و غیره. ... در مواد معدنی طبیعی - روی زمین، در سیارات دیگر و در شهاب سنگ ها - حجم عمده آن همیشه 238U (99.2739٪) است، و ایزوتوپ های 235U و 234U فقط با ردیابی - به ترتیب 0.720٪ و 0.0057٪ نشان داده می شوند.

یک واکنش زنجیره ای هسته ای زمانی شروع می شود که غلظت ایزوتوپ اورانیوم 235 از 1% فراتر رود و هر چه شدت آن بیشتر باشد، شدت آن بیشتر می شود. دقیقاً به دلیل اینکه ایزوتوپ اورانیوم 235 در طبیعت بسیار پراکنده است، اعتقاد بر این بود که راکتورهای هسته ای طبیعی نمی توانند وجود داشته باشند. به هر حال، در راکتورهای هسته ای نیروگاه ها، 235U به عنوان سوخت و در بمب های اتمی استفاده می شود.

با این حال، در سال 1972، در معادن اورانیوم در نزدیکی Oklo در گابن، آفریقا، دانشمندان 16 راکتور هسته ای طبیعی را کشف کردند که تقریباً 2 میلیارد سال پیش فعال بودند ... آنها اکنون متوقف شده اند و غلظت 235U در آنها کمتر از آنچه در آن بود است. شرایط طبیعی "عادی" - 0.717٪.

این تفاوت، اگرچه ناچیز، در مقایسه با مواد معدنی "عادی"، دانشمندان را مجبور کرد که تنها نتیجه منطقی را بگیرند - راکتورهای هسته ای طبیعی واقعاً در اینجا کار می کردند. علاوه بر این، تأیید غلظت بالای محصولات تجزیه هسته اورانیوم 235 بود، مشابه آنچه در راکتورهای مصنوعی اتفاق می افتد. هنگامی که یک اتم اورانیوم 235 تجزیه می شود، نوترون ها از هسته آن فرار می کنند و به هسته اورانیوم 238 برخورد می کنند، آن را به اورانیوم 239 تبدیل می کنند که به نوبه خود 2 الکترون از دست می دهد و به پلوتونیوم 239 تبدیل می شود.

این مکانیسم بود که بیش از دو تن پلوتونیوم 239 در اوکلو تولید کرد. دانشمندان محاسبه کرده اند که در زمان "راه اندازی" راکتور هسته ای طبیعی Oklo، حدود 2 میلیارد سال پیش (نیمه عمر 235U 6 برابر سریعتر از 238U - 713 میلیون سال است)، سهم 235U بیش از 3 درصد که معادل اورانیوم غنی شده صنعتی است.

برای ادامه واکنش هسته ای، یک عامل ضروری کاهش سرعت نوترون های سریعی بود که از هسته های اورانیوم 235 ساطع می شد. این عامل، مانند راکتورهای ساخت بشر، آب معمولی بود.

این راکتور زمانی شروع به کار کرد که سنگ های متخلخل غنی از اورانیوم در اوکلو با آب های زیرزمینی غرق شدند و به عنوان نوعی تعدیل کننده نوترون عمل کردند. گرمای آزاد شده در نتیجه واکنش باعث جوشیدن و تبخیر آب و کاهش سرعت و متعاقباً توقف واکنش زنجیره ای هسته ای شد.

و پس از سرد شدن کل سنگ و تجزیه تمام ایزوتوپ های کوتاه مدت (اینها به اصطلاح سموم نوترونی هستند که قادر به جذب نوترون و توقف واکنش هستند)، بخار آب متراکم شد و سنگ را غرق کرد و واکنش از سر گرفته شد.

دانشمندان محاسبه کردند که راکتور به مدت 30 دقیقه تا زمانی که آب تبخیر شود "روشن" بوده و تا زمانی که بخار متراکم شود به مدت 2.5 ساعت "خاموش" است. این فرآیند چرخه ای یادآور آبفشان های مدرن بود و چند صد هزار سال به طول انجامید. در طی فروپاشی هسته های محصولات فروپاشی اورانیوم، عمدتا ایزوتوپ های رادیواکتیو ید، پنج ایزوتوپ زنون تشکیل شد.

این همه 5 ایزوتوپ در غلظت های مختلف است که در چنین سنگ های راکتور طبیعی یافت شده است. غلظت و نسبت ایزوتوپ‌های این گاز نجیب (زنون یک گاز بسیار سنگین و رادیواکتیو است) بود که امکان تعیین دوره‌ای را که راکتور Oklo با آن "کار می کرد" را فراهم کرد.

فروپاشی هسته اتم اورانیوم 235 (اتم های بزرگ) باعث تابش نوترون های سریع می شود که برای واکنش های هسته ای بعدی (مولکول های کوچک) باید توسط آب کاهش یابد.

مشخص است که تشعشع زیاد برای موجودات زنده مضر است. بنابراین، در مکان هایی که راکتورهای هسته ای طبیعی وجود داشتند، آشکارا "نقاط مرده" وجود داشت که در آن زندگی وجود نداشت، زیرا DNA توسط پرتوهای یونیزه کننده رادیواکتیو از بین می رود. اما در لبه نقطه، جایی که سطح تشعشع بسیار کمتر بود، جهش‌های مکرر وجود داشت، به این معنی که گونه‌های جدید دائما در حال ظهور بودند.

دانشمندان هنوز به وضوح نمی دانند که زندگی در زمین چگونه آغاز شد. آنها فقط می دانند که این نیاز به یک تکانه انرژی قوی دارد که به شکل گیری اولین پلیمرهای آلی کمک می کند. اعتقاد بر این است که چنین تکانه‌هایی می‌توانند رعد و برق، آتشفشان، سقوط شهاب‌سنگ‌ها و سیارک‌ها باشند، با این حال، در سال‌های اخیر پیشنهاد شده است که به عنوان نقطه شروع این فرضیه در نظر گرفته شود که چنین ضربه‌ای می‌تواند توسط راکتورهای هسته‌ای طبیعی ایجاد شود. کی میدونه…

بسیاری از مردم فکر می کنند که انرژی هسته ای اختراع بشر است و حتی برخی معتقدند که این انرژی ناقض قوانین طبیعت است. اما انرژی هسته ای در واقع یک پدیده طبیعی است و زندگی بدون آن نمی تواند وجود داشته باشد. به این دلیل که خورشید ما (و هر ستاره دیگری) به تنهایی یک نیروگاه غول پیکر است که منظومه شمسی را از طریق فرآیندی به نام همجوشی هسته ای روشن می کند.

با این حال، انسان ها برای تولید این نیرو از فرآیند دیگری به نام شکافت هسته ای استفاده می کنند که در آن انرژی از طریق شکافتن اتم ها آزاد می شود نه با ترکیب آنها، مانند فرآیند جوشکاری. مهم نیست که بشریت چقدر مبتکر به نظر می رسد، طبیعت نیز قبلاً از این روش استفاده کرده است. در یک سایت واحد اما کاملاً مستند، دانشمندان شواهدی پیدا کردند که راکتورهای شکافت طبیعی در سه ذخایر اورانیوم در کشور آفریقای غربی گابن ایجاد شده است.

دو میلیارد سال پیش، ذخایر معدنی غنی از اورانیوم شروع به غرق شدن در آب های زیرزمینی کردند که باعث یک واکنش زنجیره ای هسته ای خودپایه شد. دانشمندان با بررسی سطوح ایزوتوپ های خاصی از زنون (محصول جانبی فرآیند شکافت اورانیوم) در سنگ های اطراف، دریافتند که واکنش طبیعی طی چند صد هزار سال در فواصل حدود دو ساعت و نیم رخ داده است.

بنابراین، راکتور هسته ای طبیعی در Oklo برای صدها هزار سال کار کرد تا اینکه بیشتر اورانیوم شکافت پذیر تمام شد. در حالی که بیشتر اورانیوم موجود در Oklo ایزوتوپ غیرقابل شکافت U238 است، تنها 3 درصد از ایزوتوپ شکافت پذیر U235 برای شروع یک واکنش زنجیره ای مورد نیاز است. امروزه درصد اورانیوم شکافت پذیر در ذخایر حدود 0.7 درصد است که نشان می دهد فرآیندهای هسته ای در یک دوره نسبتاً طولانی در آنها انجام شده است. اما این ویژگی های دقیق سنگ های Oklo بود که برای اولین بار دانشمندان را متحیر کرد.

سطوح پایین U235 اولین بار در سال 1972 توسط کارگران کارخانه غنی سازی اورانیوم پیرلات در فرانسه مشاهده شد. در طی آنالیز معمول طیف‌سنجی جرمی نمونه‌های معدن Oklo، مشخص شد که غلظت ایزوتوپ شکافت‌پذیر اورانیوم 0.003٪ با مقدار مورد انتظار متفاوت است. این تفاوت به ظاهر کوچک به اندازه کافی قابل توجه بود تا به مقامات هشدار داد، زیرا نگران این بودند که اورانیوم گمشده می تواند برای تولید سلاح های هسته ای استفاده شود. اما در اواخر همان سال، دانشمندان پاسخ این معما را پیدا کردند - این اولین رآکتور هسته ای طبیعی در جهان بود.

دو میلیارد سال پیش، در یکی از مکان های سیاره ما، شرایط زمین شناسی به طرز شگفت انگیزی توسعه یافت و به طور تصادفی و خود به خود یک راکتور گرما هسته ای را تشکیل داد. به مدت یک میلیون سال به طور پایدار کار کرد و زباله های رادیواکتیو آن، دوباره به روشی طبیعی، بدون اینکه کسی را تهدید کند، در تمام مدت زمانی که از لحظه توقف آن می گذشت، در طبیعت ذخیره می شد. خوب است بفهمیم او چگونه این کار را کرد، اینطور نیست؟

واکنش شکافت هسته ای (اطلاعات مختصر)

قبل از شروع داستان چگونگی این اتفاق، بیایید به سرعت به یاد بیاوریم که واکنش شکافت چیست. زمانی اتفاق می‌افتد که یک هسته سنگین هسته‌ای به عناصر سبک‌تر و قطعات آزاد تجزیه می‌شود و مقادیر زیادی انرژی آزاد می‌کند. قطعات ذکر شده هسته اتمی کوچک و سبک هستند. آنها ناپایدار هستند و بنابراین بسیار رادیواکتیو هستند. آنها بخش عمده ای از زباله های خطرناک در انرژی هسته ای را تشکیل می دهند.

علاوه بر این، نوترون های پراکنده ای آزاد می شوند که می توانند هسته های سنگین همسایه را به حالت شکافت برانگیزند. اینگونه است که در واقع یک واکنش زنجیره ای رخ می دهد که می توان آن را در همان نیروگاه های هسته ای کنترل کرد و انرژی مورد نیاز مردم و اقتصاد را تامین کرد. یک واکنش کنترل نشده می تواند به طرز فاجعه باری مخرب باشد. بنابراین، وقتی مردم یک راکتور هسته ای می سازند، باید سخت کار کنند و اقدامات احتیاطی زیادی برای شروع یک واکنش گرما هسته ای انجام دهند.

اول از همه، شما باید یک عنصر سنگین را شکافت کنید - معمولاً برای این منظور از اورانیوم استفاده می شود. در طبیعت عمدتاً به شکل سه ایزوتوپ وجود دارد. رایج ترین آنها اورانیوم 238 است. می توان آن را در بسیاری از نقاط سیاره - در خشکی و حتی در اقیانوس ها یافت. با این حال، به خودی خود قادر به تقسیم نیست، زیرا کاملاً پایدار است. از سوی دیگر، اورانیوم 235 ناپایداری مورد نیاز ما را دارد، اما سهم آن در طبیعت تنها حدود 1 درصد است. بنابراین، پس از استخراج، اورانیوم غنی می شود - سهم اورانیوم 235 در جرم کل به 3٪ افزایش می یابد.

اما این همه چیز نیست - یک راکتور همجوشی، به دلایل ایمنی، به یک تعدیل کننده برای نوترون ها نیاز دارد تا آنها در کنترل باقی بمانند و واکنش کنترل نشده ای ایجاد نکنند. اکثر راکتورها از آب برای این منظور استفاده می کنند. علاوه بر این، میله های کنترل این سازه ها از موادی ساخته شده اند که نوترون ها را نیز جذب می کنند، مانند نقره. آب علاوه بر وظیفه اصلی خود، راکتور را خنک می کند. این یک توصیف ساده از فناوری است، اما حتی از این نیز مشخص است که چقدر پیچیده است. بهترین ذهن های بشریت چندین دهه برای به ثمر نشستن آن وقت گذاشتند. و سپس متوجه شدیم که طبیعت دقیقاً همان چیز را ایجاد کرده است و به طور تصادفی. چیزی باورنکردنی در این مورد وجود دارد، اینطور نیست؟

گابن - زادگاه راکتورهای هسته ای

با این حال، در اینجا باید به یاد داشته باشیم که دو میلیارد سال پیش اورانیوم 235 بسیار بیشتر بود. به این دلیل که بسیار سریعتر از اورانیوم 238 تجزیه می شود. در گابن، در منطقه ای به نام اوکلو، غلظت آن برای ایجاد یک واکنش گرما هسته ای خود به خود کافی بود. احتمالاً در این مکان مقدار مناسبی از تعدیل کننده وجود داشت - به احتمال زیاد آب که به لطف آن همه اینها به یک انفجار بزرگ ختم نشد. همچنین در این محیط هیچ ماده ای وجود نداشت که نوترون ها را جذب کند، در نتیجه واکنش شکافت برای مدت طولانی خود را حفظ کرد.

این تنها رآکتور هسته ای طبیعی است که برای علم شناخته شده است. اما این بدان معنا نیست که او همیشه اینقدر منحصر به فرد بوده است. برخی دیگر ممکن است در اثر حرکت صفحات تکتونیکی به عمق پوسته زمین رفته یا به دلیل فرسایش ناپدید شده باشند. همچنین ممکن است که آنها به سادگی هنوز پیدا نشده باشند. به هر حال، این پدیده طبیعی گابن نیز تا به امروز زنده نمانده است - به طور کامل توسط معدنچیان توسعه یافته است. به لطف این بود که آنها در مورد آن یاد گرفتند - آنها در جستجوی اورانیوم برای غنی سازی به اعماق زمین رفتند و سپس به سطح بازگشتند و سر خود را با گیج می خارانند و سعی می کردند این معضل را حل کنند - "یا کسی تقریباً 200 کیلوگرم دزدیده است. اورانیوم 235 از اینجا، یا این یک راکتور هسته ای طبیعی است که قبلاً آن را کاملاً سوزانده است. اگر کسی موضوع ارائه را دنبال نکرده باشد، پاسخ صحیح بعد از «یا» دوم است.

چرا راکتور گابن برای علم بسیار مهم است؟

با این وجود، این موضوع بسیار مهمی برای علم است. به این دلیل که حدود یک میلیون سال بدون آسیب به محیط زیست کار کرد. حتی یک گرم زباله به طبیعت نشت نکرد، هیچ چیزی در آن تحت تأثیر قرار نگرفت! این بسیار غیرعادی است، زیرا محصولات جانبی شکافت اورانیوم بسیار خطرناک هستند. ما هنوز نمی دانیم با آنها چه کنیم. یکی از آنها سزیم است. عناصر دیگری نیز وجود دارند که می توانند به طور مستقیم به سلامت انسان آسیب برسانند، اما دقیقاً به دلیل سزیم است که خرابه های چرنوبیل و فوکوشیما برای مدت طولانی خطرناک باقی خواهند ماند.

راکتور هسته ای طبیعی گابن

دانشمندانی که اخیراً معادن اوکلو را بررسی کردند دریافتند که سزیم در این راکتور طبیعی توسط عنصر دیگری - روتنیم - جذب و محدود شده است. در طبیعت بسیار نادر است و ما نمی توانیم از آن در مقیاس صنعتی برای خنثی سازی زباله های هسته ای استفاده کنیم. اما درک نحوه عملکرد راکتور می تواند به ما امیدواری دهد که بتوانیم چیزی مشابه پیدا کنیم و از شر این مشکل دیرینه پیش روی بشر خلاص شویم.

یکی از فرضیه ها در مورد منشاء بیگانه انسان بیان می کند که در زمان های قدیم منظومه شمسی توسط گروهی از نژاد از منطقه مرکزی کهکشان، جایی که ستارگان و سیارات بسیار قدیمی تر هستند، بازدید می کردند و بنابراین حیات خیلی زودتر در آنجا بوجود آمد. .

ابتدا مسافران فضایی در فایتون مستقر شدند که زمانی بین مریخ و مشتری قرار داشت، اما در آنجا جنگ هسته ای را آغاز کردند و سیاره از بین رفت. بقایای این تمدن در مریخ مستقر شدند، اما حتی در آنجا انرژی اتمی بیشتر جمعیت را نابود کرد. سپس استعمارگران باقی مانده به زمین آمدند و به اجداد دور ما تبدیل شدند.

این نظریه ممکن است با کشف شگفت انگیزی که 45 سال پیش در آفریقا انجام شد تأیید شود. در سال 1972، یک شرکت فرانسوی در معدن اوکلو در جمهوری گابن، سنگ معدن اورانیوم را استخراج می کرد. سپس، طی آنالیز استاندارد نمونه‌های سنگ معدن، کارشناسان کمبود نسبتاً زیادی اورانیوم 235 را کشف کردند - بیش از 200 کیلوگرم از این ایزوتوپ مفقود بود. فرانسوی ها بلافاصله زنگ خطر را به صدا درآوردند، زیرا ماده رادیواکتیو گم شده برای ساخت بیش از یک بمب اتمی کافی است.

با این حال، تحقیقات بیشتر نشان داد که غلظت اورانیوم 235 در معدن گابن به اندازه سوخت مصرف‌شده یک راکتور نیروگاه هسته‌ای کم است. آیا این واقعا نوعی راکتور هسته ای است؟ تجزیه و تحلیل اجسام سنگ معدن در یک ذخایر غیرمعمول اورانیوم نشان داده است که شکافت هسته ای در 1.8 میلیارد سال پیش در آنها رخ داده است. اما چگونه این امر بدون مشارکت انسان ممکن است؟

راکتور هسته ای طبیعی؟

سه سال بعد، یک کنفرانس علمی به پدیده Oklo در لیبرویل پایتخت گابن برگزار شد. جسورترین دانشمندان در آن زمان بر این باور بودند که راکتور هسته ای اسرارآمیز نتیجه فعالیت یک نژاد باستانی است که در معرض انرژی هسته ای بود. با این حال، اکثر حاضران موافق بودند که این معدن تنها «رآکتور هسته‌ای طبیعی» روی کره زمین است. آنها می گویند که در طی میلیون ها سال به تنهایی به دلیل شرایط طبیعی شروع شد.

افراد علم رسمی پیشنهاد می کنند که لایه ای از ماسه سنگ غنی از سنگ معدنی رادیواکتیو بر روی یک بستر جامد بازالتی در دلتای رودخانه نهشته شده است. به لطف فعالیت های زمین ساختی در این منطقه، پی بازالت با ماسه سنگ حاوی اورانیوم چندین کیلومتر در زمین مدفون شد. گویا ماسه سنگ ترک خورده و آب های زیرزمینی وارد شکاف ها شده است. سوخت هسته ای در معدن در رسوبات فشرده داخل تعدیل کننده که آب بود قرار داشت. در "عدسی"های رسی سنگ معدن، غلظت اورانیوم از 0.5 درصد به 40 درصد افزایش یافت. ضخامت و جرم لایه ها در یک لحظه خاص به نقطه بحرانی رسید، یک واکنش زنجیره ای رخ داد و "راکتور طبیعی" شروع به کار کرد.

آب، به عنوان یک تنظیم کننده طبیعی، وارد هسته شد و باعث واکنش زنجیره ای شکافت هسته های اورانیوم شد. آزاد شدن انرژی منجر به تبخیر آب شد و واکنش متوقف شد. با این حال، چند ساعت بعد، زمانی که منطقه فعال راکتور ایجاد شده توسط طبیعت سرد شد، چرخه تکرار شد. متعاقباً، احتمالاً یک فاجعه طبیعی جدید رخ داده است که این "نصب" را به سطح اصلی خود رساند یا اورانیوم 235 به سادگی سوخت. و راکتور از کار افتاد.

دانشمندان محاسبه کرده‌اند که اگرچه انرژی در زیر زمین تولید می‌شد، اما قدرت آن کم بود - بیش از 100 کیلووات، که برای کار کردن چندین توستر کافی است. با این حال، این واقعیت که انرژی اتمی به طور خود به خود در طبیعت تولید شده است، قابل توجه است.

یا هنوز محل دفن هسته ای است؟

با این حال، بسیاری از کارشناسان به چنین تصادفات خارق العاده ای اعتقاد ندارند. کاشفان انرژی اتمی مدت ها پیش ثابت کردند که واکنش های هسته ای را می توان منحصراً با وسایل مصنوعی به دست آورد. محیط طبیعی بیش از حد ناپایدار و آشفته است که نمی تواند از چنین فرآیندی برای میلیون ها و میلیون ها سال پشتیبانی کند.

بنابراین، بسیاری از کارشناسان متقاعد شده اند که این یک راکتور هسته ای در اوکلو نیست، بلکه یک محل دفن هسته ای است. این مکان واقعاً بیشتر شبیه یک مکان دفع سوخت اورانیوم مصرف شده است و مکان دفع کاملاً مجهز است. اورانیوم محصور شده در یک تابوت سنگ بازالت برای صدها میلیون سال در زیر زمین ذخیره می شد و تنها دخالت انسان باعث شد آن را روی سطح ظاهر کند.

اما چون محل دفن هست یعنی راکتوری هم بوده که انرژی هسته ای تولید می کرده! یعنی کسی که 1.8 میلیارد سال پیش در سیاره ما زندگی می کرد قبلاً دارای فناوری انرژی هسته ای بود. این همه کجا رفت؟

اگر به مورخان جایگزین اعتقاد دارید، تمدن تکنوکراتیک ما به هیچ وجه اولین تمدن روی زمین نیست. دلایل زیادی برای این باور وجود دارد که قبلاً تمدن های بسیار توسعه یافته ای وجود داشتند که از واکنش های هسته ای برای تولید انرژی استفاده می کردند. با این حال، مانند بشریت اکنون، اجداد دور ما این فناوری را به یک سلاح تبدیل کردند و سپس خود را با آن نابود کردند. ممکن است آینده ما نیز از پیش تعیین شده باشد و پس از یکی دو میلیارد سال، فرزندان تمدن کنونی با مکان‌های دفن زباله‌های هسته‌ای که ما پشت سر گذاشته‌ایم مواجه شوند و از خود بپرسند: از کجا آمده‌اند؟

بسیاری از چیزهایی که طبیعت به ما ارائه می دهد به خودی خود کامل تر و ساده تر از آنچه انسان قصد دارد بسازد است، بنابراین محققان قبل از هر چیز آنچه را که طبیعت به ما ارائه می دهد مطالعه می کنند.

اما در آنچه در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد، دقیقا برعکس اتفاق افتاد.

در 2 دسامبر 1942، تیمی از دانشمندان دانشگاه شیکاگو به رهبری انریکو فرمی، برنده جایزه نوبل، اولین راکتور هسته ای ساخت بشر را ایجاد کردند. این دستاورد در طول جنگ جهانی دوم به عنوان بخشی از پروژه موسوم به منهتن برای ایجاد بمب اتمی مخفی نگه داشته شد.

15 سال پس از ایجاد یک راکتور شکافت توسط انسان، دانشمندان شروع به فکر کردن در مورد امکان وجود یک راکتور هسته ای ایجاد شده توسط خود طبیعت کردند. اولین انتشار رسمی در مورد این موضوع توسط پروفسور ژاپنی پل کورودا (1956) بود که الزامات دقیقی را برای هر رآکتور طبیعی احتمالی، در صورت وجود در طبیعت، تعیین کرد.

دانشمند این پدیده را به تفصیل توصیف کرد و توصیف او هنوز هم بهترین (کلاسیک) در فیزیک هسته ای در نظر گرفته می شود:

1. محدوده سنی تقریبی برای تشکیل راکتور طبیعی
2. غلظت اورانیوم مورد نیاز در آن
3. نسبت مورد نیاز ایزوتوپ های اورانیوم موجود در آن 235 U / 238 U است

با وجود تحقیقات دقیق، پل کورودا نتوانست نمونه ای از راکتور طبیعی برای مدل خود را در میان ذخایر سنگ معدن اورانیوم موجود در این سیاره بیابد.

یک جزئیات کوچک اما حیاتی که دانشمند از آن غافل شد، امکان مشارکت آب به عنوان تعدیل کننده واکنش زنجیره ای است. او همچنین متوجه نشد که سنگ‌های معدنی خاصی می‌توانند آنقدر متخلخل باشند که مقدار لازم آب را برای کاهش سرعت نوترون‌ها و پشتیبانی از واکنش حفظ کنند.

دانشمندان ادعا کردند که فقط انسان قادر به ایجاد یک راکتور هسته ای است، اما معلوم شد که طبیعت پیچیده تر است.

یک راکتور هسته ای طبیعی در 2 ژوئن 1972 توسط تحلیلگر فرانسوی Bougiges در جنوب شرقی گابن در غرب آفریقا درست در بدنه یک ذخایر اورانیوم کشف شد.

و این کشف اینگونه بود.

در طول مطالعات طیف سنجی معمول نسبت محتوای ایزوتوپ 235 U / 238 U در سنگ معدن از کانسار Oklo در آزمایشگاه کارخانه غنی سازی اورانیوم فرانسوی پیرلاته، یک دانشمند شیمی انحراف کوچکی (0.00717، در مقایسه با نرمال 0.00720) کشف کرد.

طبیعت با ثبات ترکیب ایزوتوپی عناصر مختلف مشخص می شود. در سراسر سیاره بدون تغییر است. البته در طبیعت، فرآیندهای فروپاشی ایزوتوپ ها اتفاق می افتد، اما این برای عناصر سنگین معمول نیست، زیرا تفاوت در جرم آنها برای تقسیم این ایزوتوپ ها در طول هر فرآیند ژئوشیمیایی کافی نیست. اما در کانسار Oklo، ترکیب ایزوتوپی اورانیوم نامشخص بود. همین تفاوت کوچک برای جلب توجه دانشمندان کافی بود.

بلافاصله فرضیه های مختلفی در مورد علل این پدیده عجیب ظاهر شد. برخی ادعا کردند که این میدان با سوخت مصرف‌شده سفینه‌های فضایی بیگانه آلوده شده است، برخی دیگر آن را محل دفن زباله‌های هسته‌ای می‌دانستند که ما از تمدن‌های بسیار توسعه‌یافته باستانی "به ارث برده‌ایم". با این حال، مطالعات دقیق نشان داده است که این نسبت غیرعادی ایزوتوپ های اورانیوم به طور طبیعی تشکیل شده است.

این تاریخ شبیه سازی شده این «معجزه طبیعت» است.

این راکتور حدود دو میلیارد سال پیش در دوران پروتروزوییک شروع به کار کرد. پروتروزوییک با اکتشافات سخاوتمند است. در پروتروزوییک بود که اصول اساسی وجود ماده زنده و توسعه حیات بر روی زمین ایجاد شد. اولین موجودات چند سلولی ظاهر شدند و شروع به استعمار آب های ساحلی کردند، مقدار اکسیژن آزاد در جو زمین به 1٪ رسید و پیش شرط ها برای شکوفایی سریع زندگی ظاهر شد، انتقال از تقسیم ساده به تولید مثل جنسی رخ داد.

و اکنون، در چنین زمان مهمی برای زمین، "پدیده طبیعی هسته ای" ما ظاهر می شود.

با این حال، جای تعجب است که هیچ رآکتور مشابه دیگری در جهان یافت نشده است. با این حال، بر اساس برخی گزارش ها، آثاری از یک راکتور مشابه در استرالیا پیدا شده است. این را فقط می توان با این واقعیت توضیح داد که در دوره دور کامبرین، آفریقا و استرالیا یک کل واحد بودند. یک منطقه راکتور فسیل شده دیگر نیز در گابن کشف شد، اما در یک ذخایر اورانیوم متفاوت - در Bang'ombe، 35 کیلومتری جنوب شرقی Oklo.

ذخایر اورانیوم با همان قدمت در زمین وجود دارد که در آنها هیچ اتفاق مشابهی رخ نداده است. در اینجا فقط مشهورترین آنها هستند: Devils Hole و Rainier Meisa در نوادا، Pena Blanca در مکزیک، Box Canyon در آیداهو، Kaymakli در ترکیه، Chauvet Cove در فرانسه، Cigar Lake در کانادا و Owens Lake در کالیفرنیا.

ظاهراً در پروتروزوییک در آفریقا، تعدادی از شرایط منحصر به فرد لازم برای راه اندازی یک راکتور طبیعی بوجود آمد.

مکانیسم چنین فرآیند شگفت انگیزی چیست؟

احتمالاً ابتدا در برخی فرورفتگی ها، شاید در دلتای یک رودخانه باستانی، لایه ای از ماسه سنگ غنی از سنگ معدن اورانیوم تشکیل شده است که بر بستر قوی بازالتی قرار گرفته است. پس از زلزله دیگری که در آن دوران رایج بود، پایه بازالتی راکتور آینده چندین کیلومتر غرق شد و یک رگه اورانیومی را با خود کشید. رگ ترک خورد و آب های زیرزمینی به داخل شکاف ها نفوذ کردند. در این حالت، اورانیوم به راحتی با آب حاوی مقدار زیادی اکسیژن، یعنی در یک محیط اکسید کننده، مهاجرت می کند.

آب اشباع شده با اکسیژن از میان ضخامت سنگ راه می‌یابد، اورانیوم را از آن می‌شوید، همراه خود می‌برد و به تدریج اکسیژن موجود در آن را مصرف می‌کند تا مواد آلی و آهن دو ظرفیتی را اکسید کند. هنگامی که ذخایر اکسیژن تمام می شود، وضعیت شیمیایی در اعماق زمین از اکسیداتیو به کاهنده تغییر می کند. سپس "سفر" اورانیوم به پایان می رسد: اورانیوم در سنگ ها رسوب می کند و در طی هزاران سال انباشته می شود. سپس یک فاجعه دیگر پایه را به سطح مدرن ارتقا داد. این طرح توسط بسیاری از دانشمندان، از جمله کسانی که آن را پیشنهاد کرده اند، دنبال می شود.

به محض اینکه جرم و ضخامت لایه های غنی شده با اورانیوم به اندازه های بحرانی رسید، یک واکنش زنجیره ای در آنها رخ داد و "واحد" شروع به کار کرد.

چند کلمه باید در مورد خود واکنش زنجیره ای گفت که نتیجه فرآیندهای شیمیایی پیچیده ای است که در یک "رآکتور طبیعی" اتفاق می افتد. ساده ترین تقسیم هسته 235 U است که با جذب یک نوترون به دو قطعه شکافت تقسیم می شود و دو یا سه نوترون ساطع می کند. نوترون های خارج شده به نوبه خود می توانند توسط دیگر هسته های اورانیوم جذب شوند و باعث افزایش واپاشی می شوند.

چنین واکنش خودپایه ای قابل کنترل است، این همان چیزی است که افرادی که راکتور شکافت هسته ای را ایجاد کردند از آن استفاده کردند. در آن، کنترل با استفاده از میله های کنترل (ساخته شده از موادی که نوترون ها را به خوبی جذب می کنند، به عنوان مثال، کادمیوم) انجام می شود، که به "منطقه داغ" کاهش می یابد. انریکو فرمی در راکتور خود دقیقا از این صفحات کادمیوم برای تنظیم واکنش هسته ای استفاده کرد. رآکتور Oklo توسط کسی به معنای معمول آن کنترل نمی شد.

واکنش زنجیره ای با انتشار مقدار زیادی گرما همراه است، بنابراین تا کنون مشخص نبود که چرا راکتورهای طبیعی در گابن منفجر نشده اند و واکنش ها خود تنظیم می شوند.

اکنون دانشمندان مطمئن هستند که پاسخ را می دانند. محققان دانشگاه واشنگتن بر این باورند که این انفجارها به دلیل وجود منابع آبی کوهستانی رخ نداده است. در راکتورهای مختلف ایجاد شده توسط انسان، از گرافیت به عنوان تعدیل کننده، لازم برای جذب نوترون های ساطع شده و حفظ یک واکنش زنجیره ای استفاده می شود و در Oklo نقش تعدیل کننده واکنش را آب بازی می کرد. هنگامی که آب وارد راکتور طبیعی شد، به جوش آمد و تبخیر شد و در نتیجه واکنش زنجیره ای به طور موقت به حالت تعلیق درآمد. به گزارش نیچر، حدود دو ساعت و نیم طول کشید تا راکتور خنک شود و آب انباشته شود و مدت دوره فعال حدود 30 دقیقه بود.

هنگامی که سنگ سرد شد، آب دوباره به بیرون نشت کرد و یک واکنش هسته ای را آغاز کرد. بنابراین، راکتوری که در حال شعله ور شدن و خاموش شدن بود، حدود 25 کیلووات (که 200 برابر کمتر از اولین نیروگاه هسته ای بود)، تقریباً 500 هزار سال کار کرد.

در اوکلو، مانند سایر نقاط زمین و در کل منظومه شمسی، دو میلیارد سال پیش، فراوانی نسبی ایزوتوپ 235 U در سنگ معدن اورانیوم 3000 در هر میلیون اتم بود. در حال حاضر، تشکیل یک راکتور هسته ای روی زمین به طور طبیعی دیگر امکان پذیر نیست، زیرا کمبود 235 U در اورانیوم طبیعی وجود دارد.

همچنین تعدادی از شرایط وجود دارد که باید برای ایجاد یک واکنش تقسیم طبیعی رعایت شود:

1. غلظت اورانیوم کل بالا
2. غلظت کم جاذب های نوترون
3. غلظت بالای کندکننده
4. جرم حداقل یا بحرانی برای شروع یک واکنش شکافت

علاوه بر این واقعیت که خود طبیعت مکانیسم یک راکتور طبیعی را راه اندازی کرد، نمی توان نگران سوال بعدی، شاید "فوری" ترین سوال برای بوم شناسی جهان بود: ضایعات یک "ایستگاه انرژی هسته ای" طبیعی چه شد؟

در نتیجه عملیات راکتور طبیعی، حدود شش تن محصول شکافت و 2.5 تن پلوتونیوم تشکیل شد. بخش عمده ای از زباله های رادیواکتیو در داخل ساختار کریستالی کانی اورانیت که در بدنه سنگ معدن اوکلو کشف شده است، "دفن" می شود.

عناصری با اندازه شعاع یونی نامناسب که نمی توانند به شبکه اورانیت نفوذ کنند یا به هم نفوذ می کنند یا شسته می شوند.

راکتور اوکلینسکی به بشریت "گفت" چگونه زباله های هسته ای را می توان به گونه ای دفن کرد که محل دفن برای محیط زیست بی ضرر باشد. شواهدی وجود دارد که در عمق بیش از صد متری، در غیاب اکسیژن غیر محدود، تقریباً تمام محصولات دفن هسته‌ای از مرزهای اجسام سنگ فراتر نمی‌رفتند. فقط حرکت عناصری مانند ید یا سزیم ثبت شده است. این امر امکان تشبیه یک قیاس بین فرآیندهای طبیعی و فناوری را فراهم می کند.

مشکل مهاجرت پلوتونیوم بیشترین توجه دوستداران محیط زیست را به خود جلب کرده است. مشخص است که پلوتونیوم تقریباً به طور کامل تا 235 U تجزیه می شود، بنابراین مقدار ثابت آن ممکن است نشان دهد که اورانیوم اضافی نه تنها در خارج از راکتور، بلکه در خارج از گرانول های اورانیتی که در آن پلوتونیوم در طول فعالیت راکتور تشکیل شده است، وجود ندارد.

پلوتونیوم یک عنصر نسبتاً بیگانه برای بیوسفر است و در غلظت های بسیار کمی یافت می شود. همراه با مقداری در سنگ معدن ذخایر اورانیوم، جایی که متعاقباً تجزیه می‌شود، مقداری پلوتونیوم از اورانیوم هنگام تعامل با نوترون‌های منشأ کیهانی تشکیل می‌شود. در مقادیر کم، اورانیوم را می توان در طبیعت در غلظت های مختلف در محیط های طبیعی کاملاً متفاوت یافت - در گرانیت ها، فسفریت ها، آپاتیت ها، آب دریا، خاک و غیره.

در حال حاضر اوکلو یک ذخیره اورانیوم فعال است. آن دسته از سنگ‌هایی که در نزدیکی سطح قرار دارند از طریق استخراج معادن استخراج می‌شوند و آن‌هایی که در عمق قرار دارند توسط معدن استخراج می‌شوند.

از هفده راکتور فسیلی که در حال حاضر شناخته شده اند، 9 راکتور کاملاً مدفون شده اند (غیرقابل دسترس).
راکتور منطقه 15 تنها رآکتوری است که از طریق یک تونل در شفت راکتور قابل دسترسی است. بقایای راکتور فسیلی 15 به وضوح به صورت یک سنگ رنگارنگ خاکستری مایل به زرد روشن قابل مشاهده است که عمدتاً از اکسید اورانیوم تشکیل شده است.

نوارهای رنگ روشن در سنگ‌های بالای راکتور کوارتزی هستند که از چشمه‌های آب زیرزمینی داغی که در طول فعالیت راکتور و پس از مرگ آن در گردش بودند، متبلور شده‌اند.

با این حال، به عنوان ارزیابی جایگزین از وقایع آن زمان دور، می توان به نظر زیر مربوط به پیامدهای عملکرد یک راکتور طبیعی نیز اشاره کرد. فرض بر این است که یک راکتور هسته‌ای طبیعی می‌تواند منجر به جهش‌های متعددی از موجودات زنده در آن منطقه شود که اکثریت قریب به اتفاق آنها به‌عنوان غیرقابل حیات منقرض شدند. برخی دیرینه‌انتروپولوژیست‌ها بر این باورند که این تشعشعات زیاد بود که باعث ایجاد جهش‌های غیرمنتظره در اجداد آفریقایی انسان‌هایی شد که در این نزدیکی سرگردان بودند و آنها را انسان کردند (!).