На Земле 2 млрд лет назад появился первый ядерный реактор: кто его построил

Физик Франсис Перрен изучал кусок урановой руды на заводе по переработке ядерного топливо во Франции. Уран из шахты в африканской Габоне скрывал секрет, который бросил вызов всему, что ученые знали о природном уране.

Об этом пишет ZME Science.

Обычно уран имеет неизменное соотношение изотопов: уран-238, уран-234 и вожделенный уран-235. В земной коре соотношение урана-235 стабильно составляет 0,720%. В это же время, образец из Габона содержал всего 0,717%. На первый взгляд разница не слишком велика, но ее было достаточно, чтобы озадачить ученых. Было очевидным, что уран подвергся делению, но как такое могло произойти с природным образцом?

Дальнейшие исследования преподнесли еще больше сюрпризов. Некоторые образцы урана из региона Окло в Габоне имели соотношение урана-235 еще ниже – до 0,4%. Такие показатели явно были чем-то большим, чем простая статистическая случайность. Нечто глубоко под поверхностью земли изменило руду.

Последующий анализ показал, что уран подвергся делению, тому же процессу, который происходит в ядерных реакторах. Но этот процесс не был результатом человеческой деятельности или инопланетян. Все доказательства указывали на событие, произошедшее на Земле 2 млрд лет назад.

Все указывало на то, что природа самостоятельно создала первый ядерный реактор на планете.

Перрен и его команда подтвердили, что это естественный образец урана, который прошел через термоядерный синтез еще тогда, когда Земля была молодой.

Известно, что ядерные реакторы, построенные человеком, тщательно контролируют цепную реакцию, в которой атомы урана-235 расщепляются нейтронами, высвобождая энергию и больше нейтронов. Последние в конце концов, расщепляются на дополнительные атомы. Чтобы поддерживать эту реакцию необходим обогащенный уран, в котором концентрация урана-235 увеличивается.

Для создания таких реакторов понадобились передовые технологии, точная инженерия и строгие протоколы безопасности. Кажется, что это совсем не тот процесс, который мог бы спонтанно возникнуть в природе. Тем не менее, в Окло миллиарды лет назад в природе спонтанно сложились правильные условия для поддержания контролируемой реакции деления. Речь идет об определенном сочетании концентрации урана, воды и геологической стабильности.

Как появился естественный реактор

Еще в 1956 химик Пол Курода предположил, что при определенных обстоятельства в природе могут спонтанно образовываться естественные реакторы деления. Тогда работа ученого не привлекла особой интереса, и мало кто надеялся найти нечто подобное в природе.

Согласно подсчетам химика, глубина месторождения урана должна составлять не менее 0,66 метра для поддержания естественной реакции ядерного деления. Более мелкие месторождения не смогли бы достичь критической массы. Тогда в месторождении должно быть достаточно урана-235.

На Земле 2 млрд лет назад уран-235 был более распространенным, чем в наши дни. Тогда на его долю приходилось около 3% природного урана – аналогично обогащенному урану, используемому в современных ядерных реакторах.

Как и в рукотворных реакторах, процесс требовал замедлителя, чтобы затормозить нейтроны и сделать деление более вероятным. В Окло решающую роль сыграли грунтовые воды, они замедлили нейтроны, способствуя устойчивой цепной реакции.

"Как и в искусственном легководном ядерном реакторе, реакции деления, без чего-либо, замедляющего нейтроны, просто останавливаются. Вода действовала в Окло как замедлитель, поглощая нейтроны, контролируя цепную реакцию", — говорит руководитель группы, отвечающей за производство урана в Международной ассоциации по атомной энергии Питер Вудс.

Деление могли остановить такие элементы, как бор или литий, но в Окло такие "загрязнители" отсутствовали.

Природный реактор перезапускался

По словам ученых, древний природный реактор в Окло не работал непрерывно, а скорее циклично. По мере того, как грунтовые воды просачивались в урановые месторождения, они замедляли нейтроны, что приводило к делению. В ходе реакции вода нагревалась и улетучивалась в виде пара, а без воды реакция прекращалась.

"Вот что делает это таким захватывающим: обстоятельства времени, геологии, воды сошлись вместе, чтобы это вообще произошло", — подчеркивает Вудс.

Когда же урановое месторождение остывало, в него начинала снова просачиваться вода, и реакция начиналась снова. Весь процесс повторялся на протяжении сотен тысяч лет.

"За это время было произведено около 15 тыс. мегаватт-год энергии, что сравнимо с работой реактора мощностью 1500 МВт в течение десяти лет", — добавляют ученые.

В конце концов, природный реактор остановился, так как со временем уран-235 постепенно расходовался, сокращая запас топлива ниже критического порога, необходимого для поддержания деления.