Два мільярди років тому на планеті Земля виник перший ядерний реактор: хто ж є його творцем?

Цей ядерний реактор функціонував протягом сотень тисяч років, за які він згенерував приблизно 15 тисяч мегават-годин енергії.

Фізик Франсіс Перрен досліджував зразок уранової руди на підприємстві з обробки ядерного пального у Франції. Уран, видобутий у шахтах Габону в Африці, приховував загадку, яка ставила під сумнів всі відомості, які вчені мали про природний уран.

Про це пише ZME Science.

Зазвичай уран демонструє стабільне співвідношення своїх ізотопів, зокрема уран-238, уран-234 та особливо цінного урану-235. У земній корі частка урану-235 складає постійні 0,720%. Проте зразок, взятий з Габону, показав лише 0,717%. На перший погляд, ця різниця може здаватись незначною, але вона виявилася достатньою для того, щоб викликати подив у науковців. Було зрозуміло, що уран зазнав поділу, але виникало питання: як це могло статися з природним зразком?

Нові дослідження принесли ще більше несподіванок. Виявилось, що деякі зразки урану з регіону Окло в Габоні мали вміст урану-235, який опустився до 0,4%. Ці дані явно свідчили про щось більше, ніж просто випадковість. Наче щось таємниче і глибоке під землею вплинуло на склад руди.

Подальше дослідження виявило, що уран пройшов через процес поділу, аналогічний тому, що відбувається в ядерних реакторах. Однак це явище не було наслідком діяльності людей або прибульців. Всі свідчення свідчать про те, що ця подія відбулася на нашій планеті близько 2 мільярдів років тому.

Усе вказувало на те, що природа самостійно створила перший ядерний реактор на планеті.

Перрен і його колеги засвідчили, що це природний зразок урану, який зазнав термоядерного синтезу в період, коли Земля тільки починала формуватися.

Відомо, що ядерні реактори, створені людьми, здійснюють ретельний контроль над ланцюговою реакцією, в якій атоми урану-235 піддаються розщепленню під впливом нейтронів. Цей процес вивільняє енергію та генерує додаткові нейтрони, які потім можуть взаємодіяти з іншими атомами, викликаючи їх розщеплення. Для того щоб підтримувати цю реакцію, необхідно використовувати збагачений уран, у якому підвищена концентрація урану-235.

Для створення таких реакторів були необхідні інноваційні технології, точні інженерні рішення та жорсткі стандарти безпеки. Це виглядає як процес, який навряд чи міг би виникнути сам по собі в природних умовах. Проте в Окло мільярди років тому склалися ідеальні природні умови для підтримки контрольованої реакції поділу. Мова йде про специфічне поєднання концентрації урану, води та геологічної стабільності.

У 1956 році хімік Пол Курода висунув гіпотезу про існування природних реакторів поділу, які можуть спонтанно формуватися в природних умовах. На той час його дослідження не викликали значного інтересу, і більшість людей сумнівалися в можливості виявлення таких явищ у природі.

Згідно з оцінками експерта в області хімії, щоб забезпечити природний процес ядерного поділу, глибина уранового родовища повинна бути не меншою за 0,66 метра. Менші запаси не змогли б досягти критичної маси. Отже, у такому родовищі має бути достатня кількість урану-235.

Два мільярди років тому уран-235 був значно більш розповсюдженим на планеті, ніж сьогодні. У той період він складав приблизно 3% від загальної кількості природного урану, що нагадує про збагачений уран, який застосовується в сучасних ядерних реакторах.

Як і в штучних реакторах, у цьому процесі був необхідний сповільнювач, який допомагав уповільнити нейтрони, що підвищувало ймовірність їх взаємодії. В Окло ключову роль виконували підземні води, які сповільнювали нейтрони, забезпечуючи стабільну ланцюгову реакцію.

"Подібно до штучного легководного ядерного реактора, реакції розщеплення без будь-яких нейтронних сповільнювачів просто припиняються. У випадку з Окло, вода виконувала роль сповільнювача, поглинаючи нейтрони та регулюючи ланцюгову реакцію," -- зазначає Пітер Вудс, керівник групи, що займається виробництвом урану в Міжнародній асоціації з атомної енергії.

Розподіл могли зупинити такі елементи, як бор або літій, але в Окло такі "забруднювачі" були відсутні.

За інформацією дослідників, стародавній природний реактор в Окло функціонував не безперервно, а в циклічному режимі. Коли ґрунтові води проникали в уранові запаси, вони уповільнювали нейтронні частинки, що викликало ядерне поділ. Під час цього процесу вода нагрівалася, перетворюючись на пару, а відсутність води призводила до зупинки реакції.

"Це й робить ситуацію такою захоплюючою: поєднання часу, геологічних умов і водних ресурсів стало вирішальним фактором для її виникнення," -- відзначає Вудс.

Коли уранове родовище охолоджувалося, вода знову починала проникати в нього, і реакція відновлювалася. Цей цикл тривав протягом сотень тисяч років.

"За цей час було вироблено близько 15 тис. мегават-рік енергії, що можна порівняти з роботою реактора потужністю 1500 МВт протягом десяти років", -- додають науковці.

Зрештою, природний реактор зупинився, оскільки з часом уран-235 поступово витрачався, скорочуючи запас палива нижче критичного порогу, необхідного для підтримки поділу.

Нагадуємо, що китайські дослідники досягли значного успіху в галузі ядерної енергетики. Вперше в історії їм вдалося запустити експериментальний ядерний реактор без його зупинки. Цей важливий крок відкриває можливості для створення більш ефективних ядерних реакторів, які не завдають шкоди навколишньому середовищу.