Kurioza naukowe / Scientific curiosities ISSN 1176-7545; rok XII; No 2687

Zestawienie tematyczne prowadzone na bieżąco

 

Jedno zdumienie dziennie...

 

.

Naturalne reaktory atomowe .

Przyjęło się uważać, że reaktory jądrowe, stosy atomowe, to wynalazki, które należy przypisać geniuszowi człowieka. Tymczasem wcale tak nie jest. 
Wkrótce po 'zawiązaniu się' Ziemi, zaledwie w chwilę, na skalę geologiczną, po powstaniu życia na ziemi posługującego się fotosyntezą, zaczęły funkcjonować naturalne reaktory atomowe. Znamy ich kilkanaście w Afryce, ale być może było ich więcej. 

Od początku 'ery atomowej' Francja intensywnie eksploatowała kopalnie rud uranu w Gabonie, wtedy kolonii francuskiej. W Oklo, Oklobondo, Bangombe w rejonie Haut Ogoouè , znajduje się szereg kopalń na bazie których powstał cały francuski przemysł nuklearny łącznie z bronią atomową. Afrykański uran był szczegółowo analizowany we Francji zgodnie z zasadami kontroli nielegalnego handlu materiałem jądrowym dla wykluczenia przedostania się materiału rozszczepialnego w ręce terrorystów. Kontrola polega na tym, że sprawdza się procentową zawartość uranu rozszczepialnego w rudzie by wykryć, czy nie zachodzą jakieś przecieki na wolny rynek skąd uran mógłby wpaść w niepowołane ręce np w ręce terrorystów czy politycznych wrogów. 
W latach siedemdziesiątych z niejakim przerażeniem stwierdzono, że dostarczany uran z Oklo ma mniejszą zawartość izotopu rozszczepialnego 235U niż można było się spodziewać. Uran naturalny zawsze zawiera 99,27 procent izotopu 238U, dokładnie 0,720 procent rozszczepialnego 235U i ślady 234U. Ten z Oklo zawierał tylko 0,717 procent 235U. Zubożenie rudy, wprawdzie tylko o 0,003 procent, mogło świadczyć o tym, że ruda była nielegalnie przerabiana i cenny 235U dostał się w niepowołane ręce. Także nieregularności zauważono w innych składnikach rudy, takich jak neodym (Nd) i ruten (Ru) powstających w wyniku reakcji łańcuchowej. Sprawa wydawała się wysoce podejrzana i podjęto szczegółowe badania. Stwierdzono na miejscu, że rzeczywiście ruda uranowa z Oklo i z kilku innych kopalń jest zubożona w 235U w sposób naturalny. Do takiego zubożenia mogło dojść tylko w wyniku reakcji jądrowej. Ale reakcja łańcuchowa nie może mieć miejsca bez wstępnego nagromadzenia 235U do masy krytycznej (patrz -  notka o reakcji jądrowej). Jak więc do tego doszło?
Szczegółowe badania wykazały, że wzbogacenie uranu w sposób naturalny nastąpiło jakieś dwa miliardy lat temu, i to dzięki procesom biologicznym. Sole uranu są nierozpuszczalne w wodzie nie zawierającej pewnej ilości tlenu. W tym to czasie, w erze proterozoicznej zaczęły rozwijać się glony wzbogacając atmosferę i wody powierzchniowe w tlen. Woda utlenowana wymywała uran i w warunkach dogodnych zachodziło jego gromadzeni się, aż doszło do nagromadzenia się masy krytycznej około 3 procent 235U, tyle samo co we współczesnym paliwie atomowym. W tych warunkach rozpoczęła się reakcja łańcuchowa a woda stanowiła niezbędny moderator spowalniający uwalniane neutrony, bo tylko takie łańcuchowo powodują rozpad następnych atomów uranu. Zainicjowana reakcja jądrowa prowadziła do podniesienia się temperatury skał do kilkuset stopni, ale .. wybuch nie następował. W tej temperaturze woda w stanie gazowym wydobywała się ze skały, nie było dosyć moderatora i reakcja automatycznie ulegała przerwaniu. To prowadziło do spadku temperatury, wracała woda, i proces zaczynał się od nowa. Dokładnie takie manipulowanie moderatorem jest podstawą sterowania intensywnością rozpadu we współczesnych elektrowniach jądrowych. Ale działo się to dwa miliardy lat temu i trwało przez ponad milion lat. Ten naturalny reaktor jądrowy pracował na wolnych obrotach generując zaledwie około 100 kW energii, co by wystarczyło na kiklkadziesiąt współczesnych kuchenek elektrycznych. 
Szczegółowa analiza zawartości ksenonu (134Xe i 136Xe), innego produktu rozpadu 235U, w otaczających skałach fosfatydowych dała odpowiedź na dwa inne ważne pytania. Jaki był rytm pracy tego reaktora, a także jaka jest penetrowalność produktów reakcji jądowych w skałach naturalnych. Okazało się, że rozpad 235U następował w ośmiu cyklach na dobę. Przez 30 minut reaktor działał i wzrastała temperatura skał, znikała woda więc przestawał działać przez dwie i pół godziny, w tym czasie oziębiał się, wracała woda, reaktor znów działał przez 30 min, i tak dookoła Wojtek przez ponad milion lat! I tą drogą, tylko z jednej kopalni, znikło ponad 200 kg 235U, ilość wystarczająca do wyprodukowania kilku bomb atomowych. Rzecz mogąca wzbudzić niepokój w świecie pełnym terrorystów.. Rozprzestrzenianie się ksenonu pozwoliło też na ocenę ruchliwości w skałach ciężkich produktów rozpadu uranu, sprawa spędzająca sen z oczu specjalistom martwiącym się o zagospodarowanie odpadów radioaktywnych. Okazało się, że ciężkie atomy produktów rozpadu jądrowego są szalenie mało ruchliwe w skałach, co stonuje nieco strach przed niekontrolowanym rozłażeniem się odpadów radioaktywnych z elektrowni jądrowych. 
Istnienie naturalnych stosów atomowych jest interesującym przykładem ujemnego sprzężenia zwrotnego - samoregulacji procesów przyrodniczych, sprawy absolutnie podstawowej także dla wszystkich procesów biologicznych i całej biosfery, a być może i całego kosmosu. Zauważmy, że ten sam mechanizm kieruje regularnością pracy gejzerów. W odpowiednich warunkach woda nagromadzona w podziemnych zbiornikach przegrzewa się, następuje wybuch gejzeru, spada ciśnienie, wraca woda, podgrzewa się, i tak dookoła Wojtek aż do następnego wytrysku gejzera, co doskonale obserwować można w Nowej Zelandii.
Teraz po naturalnych reaktorach pozostały tylko zabezpieczone zakamarki kopalni uranowych.

[QZE08::034];[QEP93::062]63,132,133,137;[QEP65::198]
w sieci: 9.4.2011; nr 2687

 

 


 

witrynę prowadzi
© R. Antoszewski
Titirangi, Auckland, 
Nowa Zelandia

(wybrane z publ. R. Antoszewskiego)

  Site Meter