Два миллиарда лет назад в Африке билось сердце природного реактора

В 1956 году ядерный химик Пол Кадзуо Курода из Университета Арканзаса сделал предположение, которое коллегам показалось почти фантастическим: в природных залежах урана может возникнуть цепная реакция, подобная той, что идёт в энергетическом реакторе. Через два десятилетия это предсказание подтвердилось самым неожиданным образом. В урановых рудниках Окло на территории Габона обнаружили несколько «выгоревших» природных реакторов — следы цепной реакции, которая шла в недрах Земли миллиарды лет назад. Однако главная загадка оставалась нерешённой: как эти реакторы умудрялись работать медленно и размеренно более 150 тысяч лет, вместо того чтобы взорваться?

Ответ пришёл из анализа инертного газа ксенона, заключённого в кристаллах фосфата алюминия. Учёные из Вашингтонского университета в Сент-Луисе под руководством Алекса Мешика исследовали зёрна оксида урана, окружённые этими кристаллами. Кристаллическая решётка фосфата, подобно клетке, удерживала ксенон, который мог образоваться только в результате ядерной реакции: массивные ядра урана делились на более лёгкие осколки, а те, распадаясь, порождали ксенон и другие элементы.

Ключ к разгадке лежал в изотопном составе. Ксенон имеет несколько изотопов, различающихся числом нейтронов. Если бы реакция шла непрерывно, соотношение этих изотопов было бы одним. Но измеренные концентрации оказались иными. Исследователи поняли: странную картину можно объяснить, только если реактор периодически выключался. Осколки деления урана производят одни изотопы ксенона быстро, другие — медленно. Если кристаллы фосфата формировались только в те моменты, когда реактор затихал и остывал, они захватывали меньше «быстрых» изотопов, которые уже успевали рассеяться, и больше «медленных». Из соотношения концентраций учёные вычислили ритм: реактор работал около 30 минут, затем на два с половиной часа замирал. Цикл повторялся снова и снова.

Что могло управлять этим ритмом? Ответ — вода. Молекулы воды сталкиваются с нейтронами, летящими сквозь уран, и замедляют их. Этот процесс называется замедлением, и он критически важен: медленные нейтроны эффективнее расщепляют ядра урана, поддерживая цепную реакцию. Вода, проникая в залежи, запускала реактор и заставляла его нагреваться. Но когда температура достигала точки кипения, вода испарялась, реакция прекращалась, и реактор остывал, пока не приходила новая порция воды. Мешик предположил, что источником воды мог служить гейзер, задающий ритм всему процессу.

Однако не все коллеги согласны с этой деталью. Марк Каффи из Университета Пердью в Индиане считает, что доказательства циклической работы реактора сильны, но с идеей гейзера готов поспорить: слишком уж много воды он мог бы выносить, размывая свидетельства пульсации. Спор продолжается, но одно ясно точно: два миллиарда лет назад в африканской земле билось странное сердце — природный реактор, который включался и выключался с точностью часового механизма, и эхо этого ритма сохранилось в атомах ксенона, ждавших своего часа в кристаллах фосфата.