Тайна дерного реактора в Африке которому 2 миллиарда лет

Представьте, что первый ядерный реактор был построен не человеком, а самой природой два миллиарда лет назад.

Именно это и произошло в 1972 году, когда группа французских ученых проанализировала образец урановой руды из шахты в Окло, Габон, и обнаружила, что в нем доля урана-235 ниже нормы.

Уран-235 — это изотоп, способный к ядерному делению, процессу расщепления атомов с выделением энергии. Ученые поняли, что единственным возможным объяснением этой аномалии было то, что урановая руда когда-то являлась частью природного ядерного реактора, работавшего в далеком прошлом.

«После дальнейших исследований, включая полевые работы, они выяснили, что в урановой руде самопроизвольно происходило деление», — рассказал Людовик Ферьер, куратор коллекции горных пород Венского музея естественной истории, где в 2019 году публике показали часть этой необычной породы. «Другого объяснения не было».

Как работал этот природный ядерный реактор? И что мы можем узнать из него сегодня?

Реактор в Окло был одним из 17 природных реакторов, образовавшихся в регионе Габона около двух миллиардов лет назад, когда концентрация урана-235 в земной коре была значительно выше, чем сейчас.

Реакторы находились в слое песчаника, содержащего богатые залежи урановой руды. Песчаник также служил естественным фильтром для грунтовых вод, которые играли ключевую роль в замедлении ядерной реакции.

Вода — хороший замедлитель, так как она снижает скорость нейтронов, выделяющихся при делении, увеличивая вероятность последующего деления других атомов урана. Это создает цепную реакцию, поддерживающую выработку ядерной энергии.

«Как и в созданном человеком легководном реакторе, реакции деления без замедлителя нейтронов просто прекращаются», — пояснил Питер Вудс, руководитель группы по производству урана в МАГАТЭ. «В Окло вода выступала замедлителем, поглощая нейтроны и контролируя цепную реакцию».

Однако если уровень воды слишком высок, она может поглотить слишком много нейтронов и остановить реакцию. Именно это происходило в Окло, где уровень грунтовых вод колебался, создавая естественный механизм обратной связи, регулирующий мощность реактора.

Реактор в Окло работал с перерывами в течение сотен тысяч лет, вырабатывая около 100 киловатт энергии — достаточно, чтобы зажечь 1000 лампочек.

Мощность реактора менялась в зависимости от уровня воды, в среднем выдавая импульсы энергии каждые три часа. Реактор также производил различные радиоактивные побочные продукты, такие как плутоний, неодим, рутений и ксенон.

Некоторые из этих продуктов стали доказательством существования природного реактора, так как соответствовали ожидаемым результатам деления урана-235.

Реактор в Окло — не только удивительный пример изобретательности природы, но и ценный источник информации для современной ядерной науки и инженерии. Один из важнейших уроков, который мы можем извлечь, — как безопасно хранить ядерные отходы в течение долгого времени.

Радиоактивные побочные продукты природного реактора оставались исключительно хорошо изолированы в исходном месторождении в течение двух миллиардов лет, почти не проникая в окружающую среду. Это доказывает, что геологические формации могут служить эффективным барьером для изоляции ядерных отходов от биосферы.

Еще один урок — возможность создания более эффективных и устойчивых ядерных реакторов в будущем. Природный реактор имел очень высокий коэффициент использования топлива, то есть извлекал почти всю энергию из урановой руды до ее истощения.

Кроме того, он оказывал минимальное воздействие на окружающую среду, не производя парниковых газов или других загрязнителей. Более того, реактор был саморегулирующимся и самобалансирующимся, не требуя вмешательства человека или систем управления.

Реактор в Окло напоминает нам, что природа экспериментировала с ядерной энергией задолго до нас, и мы можем многому научиться, изучая ее секреты и решения.