Ядерний реактор природний

Я́дерний реа́ктор приро́дний, природний ядерний реактор «Окло» — єдиний відомий на Землі природний реактор, де відбулася самочинна ланцюгова реакція поділу ядер урану.

Природний ядерний ректор "Окло".
Джерело ілюстрації: https://web.archive.org/web/20100329090935/http://oklo.curtin.edu.au/

Історична довідка

Явище виявлене 1972 фізиком Ф. Перреном (1901–1992; Франція) у процесі вивчення ізотопного складу елементів родовища Окло (Габон) у покладах урану, які видобували відкритим способом (див. Відкрита гірнича технологія).

У травні 1972 на урановій збагачувальній фабриці в муніципалітеті П’єррлатт (регіон Овернь — Рона — Альпи, Франція) під час мас-спектрометричного аналізу (див. Мас-спектрометрія) гексафлуориду урану UF6 з Окло виявлено відхилення від норми ізотопного складу урану. Вміст ізотопу 235U склав 0,717 % замість звичайних 0,720 %. Ця розбіжність вимагала пояснення, оскільки всі ядерні об’єкти піддають жорсткому контролю з метою недопущення незаконного використання у військових цілях матеріалів, що розщеплюються. Французький Комісаріат атомної енергетики (фр. Commissariat à énergie atomique, CEA) почав розслідування. Серією вимірювань виявлено значні відхилення ізотопного відношення 235U / 238U у декількох шахтах. В одній із шахт уміст 235U склав 0,440 %. Зафіксовано також аномалії в розподілі ізотопів неодиму та рутенію. 25.09.1972 CEA оголосив про відкриття природної ядерної реакції.

Зменшення концентрації ізотопу 235U є характерною рисою відпрацьованого ядерного палива, бо саме цей ізотоп є основним розщеплюваним матеріалом уранового ядерного реактора .

Характеристика

Складається з 16 майданчиків, на яких відбувалися реакції самопідтримки поділу ядер урану приблизно 1,7–2,0 млрд років тому і тривали до 500 тисяч років. За науковими підрахунками, природний атомний реактор Окло виробив за цей час декілька сотень терават-годин енергії. Це приблизно відповідає кількості електроенергії, яку виробляє АЕС за декілька десятків років.

За час діяльності природного реактора розклалося загалом до 10 т ізотопу урану 235U, з ізотопу 238U утворилося до 4 т ізотопу плутонію 239Pu.

Реакція припинилася близько 1,5 млрд років тому через виснаження запасів ізотопу 235U (вони знизилися із 3 % до поточних 0,7 %). Сучасна поширеність 235U становить лише 0,72 %, що недостатньо для роботи реактора з водним сповільнювачем без попереднього ізотопного збагачення. Сьогодні утворення природного ядерного реактора на Землі неможливе.

Опис процесу

Природна ланцюгова ядерна реакція розщеплення розпочалася й підтримувалася спонтанно в результаті виникнення необхідних і достатніх для неї умов, які сформулював фізик-ядерник П. К. Курода (1917–2001; Японія — США):

  • розмір родовища перевищує середню довжину пробігу нейтронів, які викликають розщеплення;
  • концентрація 235U достатня для реакції (близько 3 %);
  • наявність речовини, здатної сповільнювати нейтрони, які випромінюються під час розщеплення ядер урану, з тим, щоб вони ефективніше викликали розщеплення інших ядер;
  • відсутність у масі руди помітних кількостей бору, літію та інших елементів, які активно поглинають нейтрони і можуть викликати зупинку ядерної реакції.

Ці умови склалися близько 2 млрд років тому принаймні на 16 ділянках у межах родовищ Окло та Окелобондо. Природні реактори працювали циклічно: вмикалися й вимикалися. Найвірогідніший механізм цього явища передбачає наявність ґрунтових вод, які після досягнення критичного рівня температури википали. Вода діяла як сповільнювач нейтронів; коли вона випаровувалася, ланцюгова реакція тимчасово припинялася. Після остигання зони ядерної реакції розщеплення в неї знову потрапляли ґрунтові води й реакція, вочевидь, поновлювалася. Періоди «увімкненого» стану реактора становили близько 30 хв, «вимкненого» — 2,5 год. Цей механізм існував упродовж сотень тисяч років і не дозволяв гірським породам ні розплавитися, ні вибухнути.

Значення

Феномен Окло становить не лише науковий інтерес, а також є зразком природного довгострокового геологічного сховища радіаційних відходів. Тут проводять дослідження міграції продуктів ядерного розщеплення.

Література

  1. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / За ред. В. С. Білецького. Донецьк : Східний видавничий дім, 2004–2013.
  2. Мешик А. Древний ядерный реактор // В мире науки. 2006. № 2. С. 40–45.
  3. Gil L. Meet Oklo, the Earth’s Two-billion-year-old only Known Natural Nuclear Reactor // International Atomic Energy Agency. 2018. URL: https://www.iaea.org/newscenter/news/meet-oklo-the-earths-two-billion-year-old-only-known-natural-nuclear-reactor
  4. Schaaf M. Kernspaltung im Herzen der Finsternis. Afrika und die Ursprung des Nuklearzeitalters // Radiochemie, Fleiß und Intuition. Neue Forschungen zu Otto Hahn / Hrsg. von V. Keiser. Diepholz; Berlin : GNT-Verlag, 2018. 504 p.
  5. The Radiation Information Network. URL: https://sites.google.com/isu.edu/health-physics-radinf/home

Автор ВУЕ

В. С. Білецький


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Ядерний реактор природний // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Ядерний реактор природний (дата звернення: 28.11.2021).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
18.02.2021

Офіційний телеграм-канал ВУЕОфіційний телеграм-канал ВУЕ