Durante el análisis de rutina de las muestras de mineral de uranio, salió a la luz un hecho muy extraño: el porcentaje de uranio-235 estaba por debajo de lo normal. El uranio natural contiene tres isótopos que difieren en masas atómicas. El más común es el uranio-238, el más raro es el uranio-234 y el más interesante es el uranio-235, que sustenta una reacción nuclear en cadena. En todas partes, en la corteza terrestre, en la luna e incluso en los meteoritos, los átomos de uranio-235 constituyen el 0,720% de la cantidad total de uranio. Pero las muestras del depósito de Oklo en Gabón contenían solo 0,717% de uranio-235. Esta pequeña discrepancia fue suficiente para alertar a los científicos franceses. Investigaciones posteriores mostraron que faltaban unos 200 kg de mineral, suficiente para fabricar media docena de bombas nucleares.
Un pozo abierto de uranio en Oklo, Gabón, ha descubierto más de una docena de zonas donde alguna vez tuvieron lugar reacciones nucleares.
Los especialistas de la Comisión de Energía Atómica de Francia estaban desconcertados. La respuesta fue un artículo de hace 19 años en el que George W. Wetherill de la Universidad de California, Los Ángeles y Mark G. Inghram de la Universidad de Chicago sugirieron la existencia de reactores nucleares naturales en el pasado distante. Pronto, Paul K. Kuroda, químico de la Universidad de Arkansas, identificó las condiciones "necesarias y suficientes" para que se produzca espontáneamente un proceso de fisión autosostenido en el cuerpo de un depósito de uranio.
Según sus cálculos, el tamaño del depósito debería superar la longitud media del camino de los neutrones que provocan la división (unos 2/3 metros). Luego, los neutrones emitidos por un núcleo fisionable serán absorbidos por otro núcleo antes de que abandonen la veta de uranio.
La concentración de uranio-235 debe ser lo suficientemente alta. Hoy, incluso un depósito grande no puede convertirse en un reactor nuclear, ya que contiene menos del 1% de uranio-235. Este isótopo se desintegra aproximadamente seis veces más rápido que el uranio-238, lo que implica que en el pasado distante, por ejemplo, hace 2000 millones de años, la cantidad de uranio-235 era de alrededor del 3 %, aproximadamente la misma que en el uranio enriquecido utilizado como combustible en la mayoría de las centrales nucleares. También es necesario disponer de una sustancia capaz de moderar los neutrones emitidos durante la fisión de los núcleos de uranio para que provoquen con mayor eficacia la fisión de otros núcleos de uranio. Finalmente, la masa de mineral no debe contener cantidades apreciables de boro, litio u otros venenos llamados nucleares que absorben activamente los neutrones y provocarían una parada rápida de cualquier reacción nuclear.
Los reactores de fisión natural solo se han encontrado en el corazón de África, en Gabón, en Oklo y las minas de uranio vecinas en Okelobondo, y en el sitio de Bangombe, a unos 35 km de distancia.
Los investigadores determinaron que las condiciones creadas hace 2 mil millones de años en 16 sitios separados tanto dentro de Oklo como en las minas de uranio vecinas en Okelobondo eran muy parecidas a lo que describió Kuroda (ver "Reactor divino", "En el mundo de la ciencia", No. 1 , 2004). Aunque todas estas zonas se descubrieron hace décadas, solo recientemente pudimos descubrir qué estaba pasando dentro de uno de estos antiguos reactores.
Comprobación con elementos ligeros
Pronto, los físicos confirmaron la suposición de que la disminución del contenido de uranio-235 en Oklo fue causada por reacciones de fisión. Una prueba indiscutible apareció en el estudio de los elementos que surgen de la división de un núcleo pesado. La concentración de productos de descomposición resultó ser tan alta que tal conclusión fue la única cierta. Hace 2000 millones de años, aquí tuvo lugar una reacción nuclear en cadena, similar a la que Enrico Fermi y sus colegas demostraron brillantemente en 1942.
Físicos de todo el mundo han estado estudiando pruebas de la existencia de reactores nucleares naturales. Los científicos presentaron los resultados de su trabajo sobre el fenómeno de Oklo en una conferencia especial en la capital de Gabón, Libreville, en 1975. Al año siguiente, George A. Cowan, en representación de los Estados Unidos en esta reunión, escribió un artículo para Scientific American ( véase "Un reactor de fisión natural", de George A. Cowan, julio de 1976).
Cowan resumió la información y describió el concepto de lo que sucedía en este increíble lugar: algunos de los neutrones emitidos por la fisión del uranio-235 son capturados por núcleos del uranio-238 más común, que se convierte en uranio-239, y luego la emisión de dos electrones se convierte en plutonio-239. Así que en Oklo se formaron más de dos toneladas de este isótopo. Luego, parte del plutonio se fisionó, como lo demuestra la presencia de productos de fisión característicos, lo que llevó a los investigadores a concluir que estas reacciones deben haber continuado durante cientos de miles de años. Con base en la cantidad de uranio-235 utilizada, calcularon la cantidad de energía liberada: unos 15 mil MW-año. Según esta y otras evidencias, la potencia promedio del reactor resultó ser inferior a 100 kW, es decir, sería suficiente para hacer funcionar varias decenas de tostadoras.
¿Cómo surgieron más de una docena de reactores naturales? ¿Qué aseguró su poder constante durante varios cientos de milenios? ¿Por qué no se autodestruyeron inmediatamente después de que comenzaran las reacciones nucleares en cadena? ¿Qué mecanismo proporcionó la necesaria autorregulación? ¿Se operaron los reactores de manera continua o intermitente? Las respuestas a estas preguntas no aparecieron de inmediato. Y la última pregunta salió a la luz recientemente, cuando mis colegas y yo comenzamos a estudiar muestras del misterioso mineral africano en la Universidad de Washington en St. Louis.
Dividir en detalle
Las reacciones nucleares en cadena comienzan cuando un solo neutrón libre golpea el núcleo de un átomo fisionable, como el uranio-235 (arriba a la izquierda). El núcleo se divide, produciendo dos átomos más pequeños y emitiendo otros neutrones, que vuelan a gran velocidad y deben reducirse antes de que puedan causar que otros núcleos se dividan. En el depósito de Oklo, al igual que en los reactores nucleares de agua ligera de hoy en día, el agua corriente era el agente moderador. La diferencia está en el sistema de control: las plantas de energía nuclear utilizan varillas absorbentes de neutrones, mientras que los reactores de Oklo simplemente se calientan hasta que el agua se evapora.
¿Qué escondía el gas noble?
Nuestro trabajo en uno de los reactores de Oklo se dedicó al análisis del xenón, un gas inerte pesado que puede permanecer atrapado en los minerales durante miles de millones de años. El xenón tiene nueve isótopos estables que se producen en cantidades variables según la naturaleza de los procesos nucleares. Como gas noble, no reacciona químicamente con otros elementos y, por lo tanto, es fácil de purificar para el análisis isotópico. El xenón es extremadamente raro, lo que hace posible usarlo para detectar y rastrear reacciones nucleares, incluso si ocurrieron antes del nacimiento del sistema solar.
Los átomos de uranio-235 constituyen aproximadamente el 0,720 % del uranio natural. Así que cuando los trabajadores descubrieron que el uranio de Oklo contenía poco más del 0,717 %, se sorprendieron. Esta cifra es significativamente diferente de otras muestras de mineral de uranio (arriba). Aparentemente, la proporción de uranio-235 a uranio-238 era mucho más alta en el pasado, ya que la vida media del uranio-235 es mucho más corta. En tales condiciones, se hace posible una reacción de escisión. Cuando se formaron los depósitos de uranio en Oklo hace 1.800 millones de años, la abundancia natural de uranio-235 era de alrededor del 3%, la misma que en el combustible de los reactores nucleares. Cuando la Tierra se formó hace unos 4.600 millones de años, la proporción era superior al 20%, el nivel en el que el uranio se considera hoy en día "grado de armas".
Para analizar la composición isotópica del xenón, necesita un espectrómetro de masas, un dispositivo que puede clasificar los átomos por su peso. Tuvimos la suerte de tener acceso a un espectrómetro de masas de xenón extremadamente preciso construido por Charles M. Hohenberg. Pero primero teníamos que extraer el xenón de nuestra muestra. Por lo general, un mineral que contiene xenón se calienta por encima de su punto de fusión, lo que hace que la estructura cristalina se rompa y ya no pueda retener el gas que contiene. Pero para recopilar más información, utilizamos un método más sutil: la extracción con láser, que le permite llegar al xenón en ciertos granos y deja intactas las áreas adyacentes a ellos.
Hemos mecanizado muchas secciones diminutas de la única muestra de roca que tenemos de Oklo, de solo 1 mm de espesor y 4 mm de ancho. Para apuntar con precisión el rayo láser, utilizamos un mapa detallado de rayos X del objeto, construido por Olga Pradivtseva, quien también identificó los minerales que componían el objeto. Después de la extracción, purificamos el xenón liberado y lo analizamos en un espectrómetro de masas Hohenberg, que nos dio el número de átomos de cada isótopo.
Aquí nos esperaban varias sorpresas: en primer lugar, no había gas en los granos de minerales ricos en uranio. La mayor parte fue capturada por minerales que contenían fosfato de aluminio; se descubrió que tenían la mayor concentración de xenón jamás encontrada en la naturaleza. En segundo lugar, el gas extraído difería significativamente en su composición isotópica de la que normalmente se forma en los reactores nucleares. Prácticamente carecía de xenón-136 y xenón-134, mientras que el contenido de isótopos más ligeros del elemento se mantuvo igual.
El xenón extraído de los granos de fosfato de aluminio en la muestra de Oklo resultó tener una curiosa composición isotópica (izquierda) que no coincide con la producida por la fisión del uranio-235 (centro) y no se asemeja a la composición isotópica del xenón atmosférico ( derecho). En particular, las cantidades de xenón-131 y -132 son más altas y las cantidades de -134 y -136 son más bajas de lo que cabría esperar de la fisión de uranio-235. Aunque estas observaciones inicialmente desconcertaron al autor, más tarde se dio cuenta de que contenían la clave para comprender el funcionamiento de este antiguo reactor nuclear.
¿Cuál es la razón de tales cambios? ¿Quizás este es el resultado de reacciones nucleares? Un análisis cuidadoso nos permitió a mis colegas y a mí descartar esta posibilidad. También observamos la clasificación física de diferentes isótopos, lo que a veces sucede porque los átomos más pesados se mueven un poco más lento que sus contrapartes más ligeras. Esta propiedad se utiliza en plantas de enriquecimiento de uranio para producir combustible para reactores. Pero incluso si la naturaleza pudiera implementar tal proceso a escala microscópica, la composición de la mezcla de isótopos de xenón en los granos de fosfato de aluminio sería diferente a la que encontramos. Por ejemplo, medido en relación con el xenón-132, la disminución del xenón-136 (más pesado por 4 unidades de masa atómica) sería el doble que para el xenón-134 (más pesado por 2 unidades de masa atómica) si la clasificación física funcionara. Sin embargo, no hemos visto nada igual.
Luego de analizar las condiciones para la formación del xenón, notamos que ninguno de sus isótopos era resultado directo de la fisión del uranio; todos eran productos de la descomposición de isótopos radiactivos de yodo, que, a su vez, se formaron a partir de telurio radiactivo, etc., según la secuencia conocida de reacciones nucleares. En este caso, diferentes isótopos de xenón en nuestra muestra de Oklo aparecieron en diferentes momentos. Cuanto más vive un precursor radiactivo específico, más se retrasa la formación de xenón a partir de él. Por ejemplo, la formación de xenón-136 comenzó solo un minuto después del inicio de la fisión autosostenida. Una hora después, aparece el siguiente isótopo estable más ligero, el xenón-134. Luego, unos días después, el xenón-132 y el xenón-131 aparecen en escena. Finalmente, después de millones de años, y mucho después del cese de las reacciones nucleares en cadena, se forma el xenón-129.
Si los depósitos de uranio de Oklo hubieran seguido siendo un sistema cerrado, el xenón acumulado durante el funcionamiento de sus reactores naturales habría conservado una composición isotópica normal. Pero el sistema no estaba cerrado, como lo demuestra el hecho de que los reactores de Oklo de alguna manera se autorregularon. El mecanismo más probable involucra la participación de agua subterránea en este proceso, que se evaporó después de que la temperatura alcanzó un cierto nivel crítico. Cuando el agua que actuó como moderador de neutrones se evaporó, las reacciones nucleares en cadena se detuvieron temporalmente, y después de que todo se enfrió y una cantidad suficiente de agua subterránea penetró nuevamente en la zona de reacción, la fisión podría reanudarse.
Esta imagen deja en claro dos puntos importantes: los reactores podrían operar de manera intermitente (encendido y apagado); grandes cantidades de agua deben haber pasado a través de esta roca, suficiente para lavar algunos de los precursores del xenón, a saber, el telurio y el yodo. La presencia de agua también ayuda a explicar por qué gran parte del xenón ahora se encuentra en granos de fosfato de aluminio en lugar de en rocas ricas en uranio. Los granos de fosfato de aluminio probablemente se formaron por la acción del agua calentada por el reactor nuclear después de haberla enfriado a unos 300°C.
Durante cada período activo del reactor de Oklo, y durante algún tiempo después, mientras la temperatura se mantuvo alta, la mayor parte del xenón (incluido el xenón-136 y el -134, que se generan con relativa rapidez) se eliminó del reactor. A medida que el reactor se enfriaba, los precursores de xenón de mayor duración (aquellos que luego darían lugar a xenón-132, -131 y -129, que encontramos en mayor cantidad) se incorporaron a los granos de fosfato de aluminio en crecimiento. Luego, a medida que más agua volvía a la zona de reacción, los neutrones se ralentizaban al grado adecuado y la reacción de fisión comenzaba de nuevo, obligando a que se repitiera el ciclo de calentamiento y enfriamiento. El resultado fue una distribución específica de isótopos de xenón.
No está del todo claro qué fuerzas mantuvieron este xenón en los minerales de fosfato de aluminio durante casi la mitad de la vida del planeta. En particular, ¿por qué el xenón que apareció en un ciclo dado de operación del reactor no fue expulsado durante el siguiente ciclo? Presuntamente, la estructura del fosfato de aluminio pudo retener el xenón formado en su interior, incluso a altas temperaturas.
Los intentos de explicar la composición isotópica inusual del xenón en Oklo también requirieron la consideración de otros elementos. Se prestó especial atención al yodo, a partir del cual se forma el xenón durante la desintegración radiactiva. La modelización del proceso de formación de los productos de fisión y su desintegración radiactiva mostró que la composición isotópica específica del xenón es consecuencia de la acción cíclica del reactor, ciclo que se representa en los tres diagramas anteriores.
horario de trabajo de la naturaleza
Después de desarrollar la teoría del origen del xenón en los granos de fosfato de aluminio, intentamos implementar este proceso en un modelo matemático. Nuestros cálculos han aclarado mucho en la operación del reactor, y los datos obtenidos sobre los isótopos de xenón llevaron a los resultados esperados. El reactor de Oklo se "encendió" durante 30 minutos y se "apagó" durante al menos 2,5 horas. Algunos géiseres funcionan de manera similar: se calientan lentamente, hierven, arrojan una porción de agua subterránea, repitiendo este ciclo día tras día, año tras año. Por lo tanto, el agua subterránea que pasa por el depósito de Oklo no solo podría actuar como un moderador de neutrones, sino también "regular" la operación del reactor. Fue un mecanismo extremadamente eficiente que evitó que la estructura se derritiera o explotara durante cientos de miles de años.
Los ingenieros nucleares tienen mucho que aprender de Oklo. Por ejemplo, cómo tratar los residuos nucleares. Oklo es un ejemplo de depósito geológico a largo plazo. Por ello, los científicos estudian en detalle los procesos de migración a lo largo del tiempo de los productos de fisión de los reactores naturales. También estudiaron cuidadosamente la misma zona de fisión antigua en el sitio de Bangombe, a unos 35 km de Oklo. El reactor de Bangombe es de particular interés porque es menos profundo que Oklo y Okelobondo y, hasta hace poco, ha pasado más agua a través de él. Objetos tan asombrosos respaldan la hipótesis de que muchos tipos de residuos nucleares peligrosos pueden aislarse con éxito en instalaciones de almacenamiento subterráneo.
El ejemplo de Oklo también demuestra cómo se almacenan algunos de los tipos de desechos nucleares más peligrosos. Desde el comienzo del uso industrial de la energía nuclear, se han lanzado a la atmósfera ingentes cantidades de gases inertes radiactivos (xenón-135, criptón-85, etc.) formados en las instalaciones nucleares. En los reactores naturales, estos productos de desecho son capturados y retenidos durante miles de millones de años por minerales que contienen fosfato de aluminio.
Los antiguos reactores tipo Oklo también pueden influir en la comprensión de cantidades físicas fundamentales, por ejemplo, la constante física, denotada por la letra α (alfa), asociada con cantidades universales como la velocidad de la luz (ver "Constantes no constantes", “En el Mundo de la Ciencia”, N° 9, 2005). Durante tres décadas, el fenómeno de Oklo (2000 millones de años) se ha utilizado como argumento contra los cambios en α. Pero el año pasado, Steven K. Lamoreaux y Justin R. Torgerson del Laboratorio Nacional de Los Álamos descubrieron que esta "constante" variaba considerablemente.
¿Son estos antiguos reactores en Gabón los únicos que se han formado en la Tierra? Hace dos mil millones de años, las condiciones necesarias para la fisión autosostenida no eran demasiado raras, por lo que tal vez algún día se descubran otros reactores naturales. Y los resultados del análisis de xenón de las muestras podrían ser de gran ayuda en esta búsqueda.
“El fenómeno de Oklo recuerda la declaración de E. Fermi, quien construyó el primer reactor nuclear, y P.L. Kapitsa, quien argumentó de forma independiente que solo una persona es capaz de crear algo como esto. Sin embargo, el antiguo reactor natural refuta este punto de vista, confirmando la idea de A. Einstein de que Dios es más sofisticado…”
SP Kapita
Sobre el Autor:
Alex Meshik(Alex P. Meshik) se graduó de la Facultad de Física de la Universidad Estatal de Leningrado. En 1988 defendió su tesis doctoral en el Instituto de Geoquímica y Química Analítica. Y EN. Vernadsky. Su disertación fue sobre geoquímica, geocronología y química nuclear de los gases nobles xenón y criptón. En 1996, Meshik se unió al Laboratorio de Investigación Espacial de la Universidad de Washington en St. Louis, donde actualmente estudia los gases nobles del viento solar recolectados y traídos a la Tierra por la nave espacial Génesis.
Artículo tomado del sitio.
En África occidental, no lejos del ecuador, en un área ubicada en el territorio del estado de Gabón, los científicos hicieron un hallazgo sorprendente. Esto sucedió a principios de los años 70 del siglo pasado, pero hasta ahora los representantes de la comunidad científica no han llegado a un consenso: ¿qué se encontró?
Los depósitos de mineral de uranio son un fenómeno común, aunque bastante raro. Sin embargo, la mina de uranio descubierta en Gabón resultó ser no solo un depósito de un mineral valioso, sino que funcionó como... ¡un verdadero reactor nuclear! ¡Seis zonas de uranio fueron descubiertas, en las que tuvo lugar una verdadera reacción de fisión de uranio!
Los estudios han demostrado que el reactor se puso en marcha hace unos 1900 millones de años y funcionó en el modo de ebullición lenta durante varios cientos de miles de años.
Las opiniones de los representantes de la ciencia sobre el fenómeno estaban divididas. La mayoría de los expertos se puso del lado de la teoría, según la cual el reactor nuclear de Gabón se puso en marcha espontáneamente debido a una coincidencia accidental de las condiciones necesarias para tal arranque.
Sin embargo, no todos estaban satisfechos con esta suposición. Y había buenas razones para ello. Muchas cosas dijeron que el reactor de Gabón, aunque no tiene partes exteriormente similares a las creaciones de los seres pensantes, sigue siendo un producto de seres inteligentes.
Echemos un vistazo a algunos hechos. La actividad tectónica en el área en la que se encontró el reactor fue inusualmente alta para el período de su operación. Sin embargo, los estudios han demostrado que el más mínimo cambio en las capas del suelo conduciría necesariamente a la parada del reactor. Pero como el reactor ha funcionado durante más de cien milenios, esto no sucedió. ¿Quién o qué congeló la tectónica durante el período de operación del reactor? ¿Quizás fue hecho por quienes lo lanzaron? Más lejos. Como ya se mencionó, el agua subterránea se utilizó como moderador. Para asegurar el funcionamiento constante del reactor, alguien tenía que regular la potencia que entregaba, ya que si se excedía, el agua se evaporaba y el reactor se paraba. Estos y algunos otros puntos sugieren que el reactor en Gabón es una cosa de origen artificial. Pero, ¿quién demonios poseía esa tecnología hace dos mil millones de años?
Nos guste o no, la respuesta es simple, aunque algo banal. Solo los extraterrestres del espacio exterior podrían hacer esto. Es muy posible que nos hayan llegado desde la región central de la Galaxia, donde las estrellas son mucho más antiguas que el Sol y sus planetas son más antiguos. En esos mundos, la vida tuvo la oportunidad de originarse mucho antes, en una época en la que la Tierra aún no era un mundo muy cómodo.
¿Por qué los extraterrestres necesitaban crear un reactor nuclear estacionario de alta potencia? Quién sabe... Tal vez hayan equipado una "estación de recarga espacial" en la Tierra, o tal vez...
Existe la hipótesis de que las civilizaciones altamente desarrolladas en una cierta etapa de su desarrollo "toman el patrocinio" de la vida que emerge en otros planetas. E incluso tienen algo que ver en convertir mundos sin vida en habitables. ¿Quizás aquellos que construyeron el milagro africano pertenecían a esos? ¿Tal vez usaron la energía del reactor para terraformar? Los científicos aún discuten cómo surgió la atmósfera terrestre, tan rica en oxígeno. Uno de los supuestos es la hipótesis de la electrólisis de las aguas de los océanos. Y la electrólisis, como saben, requiere mucha electricidad. Entonces, ¿tal vez los extraterrestres crearon el reactor de Gabón para esto? Si es así, entonces aparentemente no es el único. Es muy posible que algún día se encuentren otros como él.
Sea como fuere, el milagro gabonés nos hace pensar. Piensa y busca respuestas.
Una de las hipótesis sobre el origen extraterrestre del hombre dice que en la antigüedad el sistema solar fue visitado por una expedición de una raza procedente de la región central de la galaxia, donde las estrellas y los planetas son mucho más antiguos, y por tanto la vida se originó allí mucho antes. .
Primero, los viajeros espaciales se establecieron en Faetón, una vez ubicado entre Marte y Júpiter, pero desencadenaron una guerra nuclear allí y el planeta murió. Los restos de esta civilización se asentaron en Marte, pero incluso allí la energía atómica mató a la mayoría de la población. Luego, los colonos restantes llegaron a la Tierra, convirtiéndose en nuestros ancestros lejanos.
Esta teoría puede ser confirmada por un sorprendente descubrimiento realizado hace 45 años en África. En 1972, una corporación francesa estaba extrayendo mineral de uranio de la mina Oklo en la República Gabonesa. Luego, durante el análisis estándar de muestras de mineral, los especialistas descubrieron una escasez relativamente grande de uranio-235: faltaban más de 200 kilogramos de este isótopo. Los franceses inmediatamente dieron la voz de alarma, porque la sustancia radiactiva faltante sería suficiente para fabricar más de una bomba atómica.
Sin embargo, una investigación más profunda mostró que la concentración de uranio-235 en la mina de Gabón es tan baja como en el combustible gastado del reactor de una planta de energía nuclear. ¿Es esto una especie de reactor nuclear? El análisis de cuerpos minerales en un depósito de uranio inusual mostró que la fisión nuclear tuvo lugar en ellos hace 1.800 millones de años. Pero, ¿cómo es esto posible sin la intervención humana?
¿Reactor nuclear natural?
Tres años después, se celebró en la capital gabonesa de Libreville una conferencia científica dedicada al fenómeno Oklo. Los científicos más atrevidos entonces consideraron que el misterioso reactor nuclear es el resultado de las actividades de una raza antigua, que estuvo sujeta a la energía nuclear. Sin embargo, la mayoría de los presentes coincidieron en que la mina es el único “reactor nuclear natural” del planeta. Al igual que, comenzó muchos millones de años por sí mismo debido a las condiciones naturales.
La gente de la ciencia oficial sugiere que una capa de arenisca rica en mineral radiactivo se depositó sobre un sólido lecho de basalto en el delta del río. Debido a la actividad tectónica en esta región, el sótano de basalto con arenisca que contiene uranio se hundió varios kilómetros en el suelo. La piedra arenisca supuestamente se agrietó y el agua subterránea penetró por las grietas. El combustible nuclear se encontraba en la mina en depósitos compactos dentro del moderador, que servía como agua. En "lentes" de arcilla de mineral, la concentración de uranio aumentó de 0,5 por ciento a 40 por ciento. El grosor y la masa de las capas en un momento determinado llegaron a un punto crítico, se produjo una reacción en cadena y el "reactor natural" comenzó a funcionar.
El agua, al ser un regulador natural, ingresó al núcleo y comenzó una reacción en cadena de fisión de núcleos de uranio. Las emisiones de energía condujeron a la evaporación del agua y la reacción se detuvo. Sin embargo, unas horas más tarde, cuando el núcleo del reactor creado por la naturaleza se enfrió, se repitió el ciclo. Posteriormente, presumiblemente, ocurrió un nuevo desastre natural que elevó esta “instalación” a su nivel original, o simplemente se quemó el uranio-235. Y el funcionamiento del reactor se detuvo.
Los científicos han calculado que, aunque la energía se generó bajo tierra, su potencia era pequeña: no más de 100 kilovatios, lo que sería suficiente para hacer funcionar varias docenas de tostadoras. Sin embargo, el hecho mismo de que la generación de energía atómica ocurriera espontáneamente en la naturaleza es impresionante.
¿O es un depósito nuclear?
Sin embargo, muchos expertos no creen en tan fantásticas coincidencias. Los descubridores de la energía atómica demostraron hace mucho tiempo que una reacción nuclear solo puede obtenerse artificialmente. El entorno natural es demasiado inestable y caótico para soportar tal proceso durante millones y millones de años.
Por lo tanto, muchos expertos están convencidos de que no se trata de un reactor nuclear en Oklo, sino de un depósito nuclear. Este lugar realmente se parece más a un vertedero de combustible de uranio gastado, y el vertedero está perfectamente equipado. Embutido en un “sarcófago” de basalto, el uranio estuvo almacenado bajo tierra durante cientos de millones de años, y solo la intervención humana hizo que apareciera en la superficie.
¡Pero como hay un cementerio, significa que también había un reactor que producía energía nuclear! Es decir, alguien que habitó nuestro planeta hace 1.800 millones de años ya disponía de la tecnología de la energía nuclear. ¿Adónde se fue todo esto?
Según historiadores alternativos, nuestra civilización tecnocrática no es de ninguna manera la primera en la Tierra. Hay muchas razones para creer que en el pasado hubo civilizaciones altamente desarrolladas que utilizaron la reacción nuclear para producir energía. Sin embargo, como la humanidad de hoy, nuestros antepasados lejanos convirtieron esta tecnología en un arma y luego se suicidaron con ella. Es posible que nuestro futuro también esté predeterminado, y después de un par de miles de millones de años, los descendientes de la civilización actual se encontrarán con los vertederos de desechos nucleares que dejamos y se preguntarán: ¿de dónde vienen?..
Hace dos mil millones de años, en uno de los lugares de nuestro planeta, las condiciones geológicas se desarrollaron de manera asombrosa, formando accidental y espontáneamente un reactor termonuclear. Funcionó de forma estable durante un millón de años, y sus residuos radiactivos, de nuevo de forma natural, sin amenazar a nadie, quedaron almacenados en la naturaleza todo el tiempo transcurrido desde su parada. Sería bueno entender cómo lo hizo, ¿no?
Reacción de fisión nuclear (referencia rápida)
Antes de comenzar la historia de cómo sucedió esto, recordemos rápidamente qué es una reacción de fisión. Ocurre cuando un núcleo nuclear pesado se rompe en elementos más livianos y fragmentos libres, liberando una gran cantidad de energía. Los fragmentos mencionados son núcleos atómicos pequeños y ligeros. Son inestables y por lo tanto extremadamente radiactivos. Constituyen la mayor parte de los desechos peligrosos en la industria de la energía nuclear.
Además, se liberan neutrones dispersos, que pueden excitar los núcleos pesados vecinos al estado de fisión. Entonces, de hecho, se produce una reacción en cadena, que se puede controlar en las mismas centrales nucleares, proporcionando energía para las necesidades de la población y la economía. Una reacción descontrolada puede ser catastróficamente destructiva. Por lo tanto, cuando las personas construyen un reactor nuclear, tienen que trabajar duro y tomar muchas precauciones para iniciar una reacción termonuclear.
En primer lugar, debe dividir el elemento pesado; por lo general, se usa uranio para este propósito. En la naturaleza, se encuentra principalmente en forma de tres isótopos. El más común de ellos es el uranio-238. Se puede encontrar en muchos lugares del planeta, en la tierra e incluso en los océanos. Sin embargo, por sí mismo, no es capaz de dividirse, ya que es bastante estable. Por otro lado, el uranio-235 tiene la inestabilidad que necesitamos, pero su participación en la naturaleza es solo del 1 por ciento. Por lo tanto, después de la extracción, el uranio se enriquece: la proporción de uranio-235 en la masa total se eleva al 3%.
Pero eso no es todo: por razones de seguridad, un reactor de fusión necesita un moderador de neutrones para que permanezcan bajo control y no provoquen una reacción descontrolada. La mayoría de los reactores utilizan agua para este fin. Además, las barras de control de estas estructuras están fabricadas con materiales que también absorben neutrones, como la plata. El agua, además de su función principal, refrigera el reactor. Esta es una descripción simplificada de la tecnología, pero incluso a partir de ella queda claro cuán compleja es. Las mejores mentes de la humanidad han pasado décadas para traerlo a la mente. Y luego descubrimos que exactamente lo mismo fue creado por la naturaleza y por accidente. Hay algo increíble en esto, ¿no?
Gabón es la cuna de los reactores nucleares
Sin embargo, aquí debemos recordar que hace dos mil millones de años había mucho más uranio-235. Por la razón de que se desintegra mucho más rápido que el uranio-238. En Gabón, en un área llamada Oklo, su concentración fue suficiente para iniciar una reacción termonuclear espontánea. Presumiblemente, en este lugar había la cantidad correcta de moderador, probablemente agua, gracias a la cual todo no terminó con una explosión grandiosa. Tampoco en este entorno había materiales absorbentes de neutrones, por lo que la reacción de fisión se mantuvo durante mucho tiempo.
Es el único reactor nuclear natural conocido por la ciencia. Pero esto no significa que siempre haya sido tan único. Otros podrían haberse adentrado profundamente en la corteza terrestre como resultado del movimiento de las placas tectónicas o haber desaparecido debido a la erosión. También es posible que simplemente no se hayan encontrado todavía. Por cierto, este fenómeno natural gabonés tampoco ha sobrevivido hasta el día de hoy: los mineros lo han resuelto por completo. Fue gracias a esto que se enteraron de él: se adentraron en la tierra en busca de uranio para enriquecer, y luego regresaron a la superficie, rascándose la cabeza con perplejidad y tratando de resolver el dilema: "O alguien robó casi 200 kilogramos de uranio-235 de aquí, o este es un reactor nuclear natural que ya lo había quemado por completo". La respuesta correcta es después del segundo "o" si alguien no siguió el hilo de la presentación.
¿Por qué el reactor de Gabón es tan importante para la ciencia?
Sin embargo, es un objeto muy importante para la ciencia. Por la razón de que funcionó sin dañar el medio ambiente durante aproximadamente un millón de años. Ni un solo gramo de residuos se ha filtrado a la naturaleza, ¡nada en ella se ha visto afectado! Esto es extremadamente inusual, porque los subproductos de la fisión del uranio son extremadamente peligrosos. Todavía no sabemos qué hacer con ellos. Uno de ellos es el cesio. Hay otros elementos que pueden dañar directamente la salud humana, pero es a causa del cesio que las ruinas de Chernobyl y Fukushima supondrán un peligro durante mucho tiempo.
reactor nuclear natural gabonés
Los científicos que inspeccionaron recientemente las minas en Oklo descubrieron que el cesio en este reactor natural fue absorbido y unido por otro elemento: el rutenio. Es muy raro en la naturaleza y no podemos usarlo a escala industrial para neutralizar los desechos nucleares. Pero comprender cómo funciona el reactor puede darnos la esperanza de que podamos encontrar algo similar y deshacernos de este problema de larga data para la humanidad.
Korol A.Yu. - estudiante de la clase 121 SNIEiP (Instituto Nacional de Industria y Energía Nuclear de Sebastopol).
Jefe - Doctorado , Profesor Asociado del Departamento de YaPPU SNYaEiP Vah I.V., st. Repina 14 m2 cincuenta
En Oklo (una mina de uranio en el estado de Gabón, cerca del ecuador, África Occidental), un reactor nuclear natural funcionó hace 1900 millones de años. Se identificaron seis zonas de "reactores", en cada una de las cuales se encontraron signos de una reacción de fisión. Los restos de desintegración de actínidos indican que el reactor ha operado en modo de ebullición lenta durante cientos de miles de años.
En mayo-junio de 1972, durante las mediciones rutinarias de los parámetros físicos de un lote de uranio natural que llegaba a la planta de enriquecimiento de la ciudad francesa de Pierrelate procedente del yacimiento African Oklo (mina de uranio en Gabón, estado situado cerca del ecuador en África Occidental), se encontró que el isótopo U-235 en el uranio natural entrante es inferior al estándar. Se encontró que el uranio contiene 0.7171% U - 235. El valor normal para el uranio natural es 0.7202%
U - 235. En todos los minerales de uranio, en todas las rocas y aguas naturales de la Tierra, así como en las muestras lunares, se cumple esta proporción. El depósito de Oklo es hasta ahora el único caso registrado en la naturaleza cuando se violó esta constancia. La diferencia fue insignificante: solo 0.003%, pero sin embargo atrajo la atención de los tecnólogos. Existía la sospecha de que había habido sabotaje o robo de material fisionable, es decir, U-235. Sin embargo, resultó que la desviación en el contenido de U-235 se rastreó hasta la fuente del mineral de uranio. Allí, algunas muestras mostraron menos del 0,44 % de U 235. Se tomaron muestras en toda la mina y mostraron disminuciones sistemáticas de U 235 en algunas vetas. Estas vetas de mineral tenían más de 0,5 metros de espesor.
La sugerencia de que el U-235 "se quemó", como sucede en los hornos de las centrales nucleares, al principio sonó como una broma, aunque había buenas razones para ello. Los cálculos han demostrado que si la fracción de masa de agua subterránea en el depósito es de alrededor del 6 % y si el uranio natural se enriquece hasta el 3 % de U-235, en estas condiciones puede comenzar a funcionar un reactor nuclear natural.
Dado que la mina está ubicada en una zona tropical y bastante cerca de la superficie, es muy probable que exista una cantidad suficiente de agua subterránea. La proporción de isótopos de uranio en el mineral era inusual. El U-235 y el U-238 son isótopos radiactivos con vidas medias diferentes. El U-235 tiene una vida media de 700 millones de años, y el U-238 se desintegra con una vida media de 4500 millones.La abundancia isotópica del U-235 está en la naturaleza en proceso de cambio lento. Por ejemplo, hace 400 millones de años el uranio natural debería haber contenido un 1% de U-235, hace 1900 millones de años tenía un 3%, es decir la cantidad requerida para la "criticidad" de la veta de mineral de uranio. Se cree que esto fue cuando el reactor de Oklo estaba en estado de funcionamiento. Se identificaron seis zonas de "reactores", en cada una de las cuales se encontraron signos de una reacción de fisión. Por ejemplo, el torio de la descomposición del U-236 y el bismuto de la descomposición del U-237 solo se han encontrado en las zonas del reactor en el campo de Oklo. Los residuos de la descomposición de los actínidos indican que el reactor ha estado operando en un modo de ebullición lenta durante cientos de miles de años. Los reactores se autorregulaban, ya que demasiada potencia provocaría la ebullición total del agua y la parada del reactor.
¿Cómo logró la naturaleza crear las condiciones para una reacción nuclear en cadena? Primero, en el delta del antiguo río, se formó una capa de arenisca rica en mineral de uranio, que descansaba sobre un fuerte lecho de basalto. Luego de otro terremoto, común en aquella violenta época, los cimientos basálticos del futuro reactor se hundieron varios kilómetros, arrastrando consigo la veta de uranio. La vena se agrietó, el agua subterránea penetró en las grietas. Luego, otro cataclismo elevó toda la "instalación" al nivel actual. En los hornos nucleares de las centrales nucleares, el combustible se encuentra en masas compactas dentro del moderador, un reactor heterogéneo. Esto es lo que pasó en Oklo. El agua sirvió como moderador. Aparecieron "lentes" de arcilla en el mineral, donde la concentración de uranio natural aumentó del 0,5% habitual al 40%. No se ha establecido con precisión cómo se formaron estos grumos compactos de uranio. Tal vez fueron creados por aguas de filtración que arrastraron arcilla y reunieron uranio en una sola masa. Tan pronto como la masa y el espesor de las capas enriquecidas con uranio alcanzaron dimensiones críticas, se produjo en ellas una reacción en cadena y la instalación comenzó a funcionar. Como resultado de la operación del reactor, se formaron unas 6 toneladas de productos de fisión y 2,5 toneladas de plutonio. La mayor parte de los desechos radiactivos permanecen dentro de la estructura cristalina del mineral de uranita, que se encuentra en el cuerpo de los minerales de Oklo. Los elementos que no pueden penetrar en la red de uranita debido a un radio iónico demasiado grande o demasiado pequeño se difunden o se filtran. En los 1900 millones de años transcurridos desde los reactores de Oklo, al menos la mitad de los más de 30 productos de fisión se han unido al mineral, a pesar de la abundancia de agua subterránea en este depósito. Los productos de fisión asociados incluyen los elementos: La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Y, Zr, Ru, Rh, Pd, Ni, Ag. Se detectó alguna migración parcial de Pb y la migración de Pu se limitó a menos de 10 metros. Solo metales con valencia 1 o 2, es decir. aquellos con alta solubilidad en agua fueron arrastrados. Como era de esperar, casi no quedaban Pb, Cs, Ba y Cd en su lugar. Los isótopos de estos elementos tienen vidas medias relativamente cortas de decenas de años o menos, por lo que se descomponen a un estado no radiactivo antes de que puedan migrar lejos en el suelo. De mayor interés desde el punto de vista de los problemas a largo plazo de la protección del medio ambiente son las cuestiones de la migración del plutonio. Este nucleido está efectivamente ligado durante casi 2 millones de años. Dado que el plutonio ahora se descompone casi por completo en U-235, su estabilidad se evidencia por la ausencia de un exceso de U-235 no solo fuera de la zona del reactor, sino también fuera de los granos de uranita, donde se formó el plutonio durante la operación del reactor.
Esta naturaleza única existió durante unos 600 mil años y produjo aproximadamente 13.000.000 kW. hora de energía. Su potencia media es de tan solo 25 kW: 200 veces menos que la de la primera central nuclear del mundo, que en 1954 suministró electricidad a la ciudad de Obninsk, cerca de Moscú. Pero la energía del reactor natural no se desperdició: según algunas hipótesis, fue la descomposición de los elementos radiactivos lo que suministró energía al calentamiento de la Tierra.
Quizás aquí se agregó la energía de reactores nucleares similares. ¿Cuántos están escondidos bajo tierra? Y el reactor en ese Oklo en ese tiempo antiguo ciertamente no fue una excepción. Hay hipótesis de que el trabajo de tales reactores "impulsó" el desarrollo de los seres vivos en la tierra, que el origen de la vida está asociado a la influencia de la radiactividad. Los datos indican un mayor grado de evolución de la materia orgánica a medida que nos acercamos al reactor de Oklo. Bien podría haber influido en la frecuencia de las mutaciones de los organismos unicelulares que cayeron en la zona de mayor nivel de radiación, lo que condujo a la aparición de los ancestros humanos. En cualquier caso, la vida en la Tierra surgió y tuvo un largo camino de evolución al nivel del fondo de radiación natural, que se convirtió en un elemento necesario en el desarrollo de los sistemas biológicos.
La creación de un reactor nuclear es una innovación de la que la gente está orgullosa. Resulta que su creación se ha registrado durante mucho tiempo en las patentes de la naturaleza. Habiendo diseñado un reactor nuclear, una obra maestra del pensamiento científico y técnico, una persona, de hecho, resultó ser un imitador de la naturaleza, que creó instalaciones de este tipo hace muchos millones de años.
