Тайны природного ядерного реактора в Африке

            
              Что такое природный ядерный реактор в Африке.
 
    Из Википедии: «Природный ядерный реактор в Окло — несколько рудных тел в урановом месторождении Окло в Габоне, в которых около 1,8 млрд лет назад[1] происходила самопроизвольная цепная реакция деления ядер урана. В настоящее время реакция прекратилась из-за истощения запасов изотопа 235U подходящей концентрации.

    Явление было обнаружено французским физиком Франсисом Перреном  (фр.)рус. в 1972 году в результате изучения изотопного состава элементов в рудах месторождения Окло. Природные условия, при которых возможно протекание самоподдерживающейся реакции ядерного деления, предсказаны Полом Кадзуо Куродой (англ. Paul Kazuo Kuroda) в 1956 году[2] и оказались близкими к реальности.

     Рудные тела, в которых происходила цепная реакция, представляют собой залегающие в пористом песчанике линзовидные образования из уранинита (UO2) диаметром порядка 10 м и толщиной от 20 до 90 см; содержание урана в них составляло от 20 до 80 % (по массе). Определены 16 одиночных реакторов в трёх различных частях месторождения: в Окло, в Окелобондо (Okelobondo, 1,6 км от Окло) и в Бангомбе (Bangombe, 20 км к югу от Окло). Все 16 рудных тел объединяют под общим названием «Природный ядерный реактор Окло».
Окло – единственный естественный ядерный реактор на планете.

     Окло — единственный известный на Земле естественный ядерный реактор. Цепная реакция началась здесь около 2 млрд лет назад и продолжалась в течение нескольких сотен тысяч лет. Средняя тепловая мощность реактора составляла около 100 кВт[3][4]. И хотя природные цепные реакции в настоящее время невозможны из-за низкого изотопного содержания урана-235 в природном уране вследствие естественного радиоактивного распада, естественные ядерные реакторы могли существовать более миллиарда лет назад, когда содержание урана-235 было выше (например, два миллиарда лет назад концентрация урана-235 составляла 3,7 %, 3 млрд лет — 8,4 %, а 4 млрд лет — 19,2 %)[5]. «

     Окло – это урановое месторождение Африки. Оно находится в Габоне. Из-за уникальных природных условий это месторождение стало единственным в мире природным реактором. Он образовался 1,7 миллиардов лет назад и существовал сотни тысяч лет.

     Реактор возник в результате затопления пористых богатых ураном пород грунтовыми водами, которые выступили в качестве замедлителей нейтронов. Тепло, выделявшееся в результате реакции, вызывало кипение и испарение воды, что замедляло или останавливало цепную реакцию. После того, как порода охлаждалась и распадались короткоживущие продукты распада (нейтронные ядыruen), вода конденсировалась, и реакция возобновлялась. Этот циклический процесс продолжался несколько сотен тысяч лет.

    При делении урана среди продуктов деления образуются пять изотопов ксенона. Все пять изотопов в варьирующихся концентрациях были обнаружены в породах природного реактора. Изотопный состав выделенного из пород ксенона позволяет рассчитать, что типичный цикл работы реактора составлял примерно 3 часа: около 30 минут критичности и 2 часа 30 минут охлаждения[6].

    Ключевой фактор, сделавший возможной работу реактора, — это примерно 3,7 % изотопное содержание 235U в природном уране в те времена. Это изотопное содержание сравнимо с содержанием урана в низкообогащённом ядерном топливе, используемом в большинстве современных энергетических ядерных реакторов. (Оставшиеся 96 % составляет 238U, не подходящий для реакторов на тепловых нейтронах). Поскольку уран-235 имеет период полураспада лишь 0,7 млрд лет (значительно короче, чем уран-238), современная распространённость урана-235 составляет лишь 0,72 %, чего недостаточно для работы реактора с легководным замедлителем без предварительного изотопного обогащения. Таким образом, в настоящее время образование природного ядерного реактора на Земле невозможно.

     Урановое месторождение Окло — единственное известное место, где существовал природный ядерный реактор. Другие богатые урановые рудные тела тоже имели достаточное количество урана для самоподдерживающейся цепной реакции деления в то время, но комбинация физических условий в Окло (в частности, наличие воды как замедлителя нейтронов, и пр.) была уникальной.

     Ещё одним фактором, который, вероятно, способствовал началу реакции в Окло именно 2 млрд лет назад, а не ранее, был рост содержания кислорода в атмосфере Земли[4]. Уран хорошо растворяется в воде лишь в присутствии кислорода, поэтому в земной коре перенос и концентрация урана подземными водами, формирующими богатые рудные тела, стали возможными только после достижения достаточного содержания свободного кислорода.

     По оценке, в реакциях деления, проходивших в урановых минеральных образованиях размером от сантиметров до метров, выгорело около 5 тонн урана-235. Температуры в реакторе поднимались до нескольких сотен градусов Цельсия. Большинство нелетучих продуктов деления и актиноидов за прошедшие 2 млрд лет диффундировали лишь на сантиметры[4]. Это позволяет исследовать перенос радиоактивных изотопов в земной коре, важный для прогноза их долгосрочного поведения в местах захоронения радиоактивных отходов.
Как открыли ядерный реактор в Африке.

     Окло открыли в 1972 году. Только о находке узнал мир, отовсюду полезли любители конспирологических теорий. Они заявляли, что ректор остался от древних высокоразвитых цивилизаций. Другие чудаки заявляли, что давным-давно на этом месте разбился инопланетный корабль. Как будто конспирологи лично при этом присутствовали. Одна из гипотез об инопланетном происхождении человека гласит, что в незапамятные времена Солнечную систему посетила экспедиция расы из центральной области галактики, где звезды и планеты гораздо старше, а следовательно, и жизнь зародилась там значительно раньше. Сперва космические путешественники обосновались на Фаэтоне, некогда располагавшемся между Марсом и Юпитером, однако развязали там ядерную войну, и планета погибла. Остатки этой цивилизации обжили Марс, но и там атомная энергия погубила большую часть населения. Тогда оставшиеся колонисты прибыли на Землю, став нашими далекими предками.

     Феномен Окло опроверг мнение Энрико Ферми и Петра Капицы о том, что естественным образом ядерный реактор возникнуть не может. Более того, анализ изотопного состава пород Окло дает немало информации для размышления – по поводу того, как образуются ядерные отходы, и как их можно хранить.


Как работал  ядерный реактор в Африке.

    По расчетам, сделанным группой Алекса Мешика в 2004 году, реактор в Окло работал около 150 тысяч лет и успел выработать 5x1017 Дж энергии, что сопоставимо с результатом работы 40-ГВт атомной электростанции за четыре года. Вероятно, реактор включался примерно на полчаса, выделял тепло, вода расширялась – и кучность молекул в ней уменьшалась, в результате чего реактор выключался не менее чем на два с половиной часа, пока вода не остынет. Попутно Окло щедро облучал окружающие породы.

    При этом Окло не только вырабатывал энергию, но и обогащал уран-238, порождая ту ветку изотопов, которая показана в нижней левой части рисунка 2: уран-238 ; уран-239 ; нептуний-239 ; плутоний 239. Возможно, Окло успел выработать более 2 тонн плутония-239, но этого изотопа давно нет, поскольку период его полураспада составляет 24 000 лет.   

    Одним из наиболее интересных побочных продуктов его работы оказался ксенон. Концентрация изотопов ксенона в породах Окло оказалась выше, чем где бы то ни было в живой природе; кроме того, там были найдены экзотические изотопы 129Xe и 136Xe. 129Xe накапливается в результате распада радиоактивного иода 129I, а 136Xe относится к ряду распада плутония-244.

    Период полураспада плутония-244 составляет около 122 миллионов лет, поэтому в настоящее время на Земле его уже не осталось, а вот период полураспада ксенона-136 - 2,165;1021 лет, что значительно превышает возраст Вселенной. Кроме того, поскольку ксенон является благородным газом, он не вступает в химические реакции и остается там, где образовался. В настоящее время некоторое количество тяжелых изотопов ксенона попало в атмосферу в результате работы человеческой атомной энергетики, но атмосферная концентрация ксенона-136, а также более радиоактивных ксенона-135 и криптона-85 все равно выше, чем можно было бы объяснить антропогенными факторами. Это позволяет предположить, что Окло был не единственным реактором в своем роде. Возможно, реликты таких реакторов еще предстоит открыть в Южной Америке (в тех ее районах, которые примыкали к современному Габону до раскола африканской и южноамериканской тектонических плит), а также в зоне восточноафриканского рифта. 

     В случае, если кроме Окло на нашей планете существовали иные подобные реакторы, это могло бы означать, что в некоторых регионах Земли естественный радиационный фон был сильно повышен именно на этапе зарождения жизни и запуска эволюции, сохранялся таким достаточно долго, чтобы повлиять на эволюцию.


Версия о природном реакторе.

      Вполне возможно, что гипотезу Матеста Агреста подтверждает неожиданное открытие, сделанное в 1972 году. Одна французская компания добывала урановую руду на руднике Окло в Габоне. И вот во время проведения обычного анализа образцов руды обнаружилось, что процентное содержание урана-235 в ней ниже нормы. Затем была зафиксирована недостача около 200 килограммов этого изотопа. Специалисты французского Комиссариата атомной энергетики забили тревогу. Ведь пропавшего вещества вполне достаточно для изготовления нескольких атомных бомб. Дальнейшие исследования показали, что концентрация урана-235 в руднике Окло такая же, как в отработанном топливе из реактора атомной станции. Так что же это такое? Неужели ядерный могильник? Но как такое может быть, если он создан около двух миллионов лет назад?

   Однако дальнейшее расследование показало, что концентрация урана-235 в габонском руднике настолько же низка, как в отработанном топливе реактора атомной электростанции. Неужели это своеобразный ядерный реактор? Анализ рудных тел в необычном месторождении урана показал, что деление ядер происходило в них еще 1,8 миллиарда лет назад. Но как это возможно без участия человека? Природный ядерный реактор? Спустя 3 года в габонской столице Либревиле прошла научная конференция, посвященная феномену Окло. Наиболее смелые ученые посчитали тогда, что загадочный ядерный реактор является результатом деятельности древней расы, которой была подвластна атомная энергетика. Тем не менее, большинство присутствовавших сошлись во мнении, что рудник является единственным на планете «природным ядерным реактором». Мол, он запустился многие миллионы лет сам по себе в силу естественных условий. Люди официальной науки предполагают, что на прочном базальтовом ложе в дельте реки отложился слой богатого радиоактивной рудой песчаника. Благодаря тектонической активности в этом регионе базальтовый фундамент с ураноносным песчаником был погружен на несколько километров в землю. Песчаник якобы растрескался, и в трещины проникли грунтовые воды. Ядерное топливо располагалось в руднике компактными залежами внутри замедлителя, которым послужила вода. В глинистых «линзах» руды концентрация урана повысилась с 0,5 процента до 40 процентов. Толщина и масса слоев в определенный момент достигли критической отметки, произошла цепная реакция, и «природный реактор» заработал.

     Озадаченные атомщики нашли ответ в статье, опубликованной американскими учеными Джорджем Ветриллом и Марком Ингрэмом в 1956 году. Ученые высказали предположение о существовании в далеком прошлом природных ядерных реакторов. А Пол Курода, химик из Арканзасского университета, даже определил необходимые и достаточные условия для того, чтобы в теле уранового месторождения спонтанно возник процесс самоподдерживающегося расщепления. В 1975 году в столице Габона Либревиле состоялась научная конференция, на которой обсуждался феномен Окло. Большинство ученых пришли к выводу, что рудник представляет собой единственный известный на Земле естественный ядерный реактор. Он запустился около двух миллионов лет назад самопроизвольно в силу уникальных природных условий и проработал 500 тысяч лет. Что же это за условия? В дельте реки на крепком базальтовом ложе отложился слой песчаника, богатого урановой рудой. В результате тектонической активности базальтовый фундамент погрузился в землю на несколько километров вместе с ураноносным песчаником. Песчаник растрескался, в трещины стала проникать грунтовая вода. В руднике Окло так же, как и в ядерных топках АЭС, топливо располагалось компактными массами внутри замедлителя. Замедлителем служила вода. В руде содержались глинистые «линзы». В них концентрация природного урана с обычных 0,5% повысилась до 40%. После того как масса и толщина слоев достигли критических размеров, возникла цепная реакция и установка начала работать. Вода была естественным регулятором. Поступая в активную зону, она запускала цепную реакцию, которая приводила к испарению воды, уменьшению потока нейтронов и остановке реакции. Через 2,5 часа, когда активная зона реактора остывала, цикл повторялся. Затем очередной катаклизм приподнял «установку» до прежнего уровня, либо уран-235 выгорел, и реактор прекратил работу. Хотя за полмиллиона лет этот природный реактор выработал 13 миллионов киловатт-часов энергии, мощность его была невелика. Она в среднем была меньше 100 киловатт, что хватило бы для работы нескольких дюжин тостеров.

     Впоследствии, предположительно, случился новый природный катаклизм, который приподнял данную «установку» до изначального уровня, или уран-235 просто-напросто выгорел. И работа реактора прекратилась. Ученые подсчитали, что под землей хоть и вырабатывалась энергия, но ее мощность была невелика – не более 100 киловатт, чего хватило бы для работы нескольких десятков тостеров. Однако сам факт, что в природе самопроизвольно произошла выработка атомной энергии, впечатляет.

                Версия о ядерном могильнике.

     Но у многих атомщиков выводы конференции в Либревиле вызывают большие сомнения. Ведь еще Энрико Ферми - создатель первого в мире ядерного реактора - утверждал, что цепная ядерная реакция может иметь только искусственное происхождение. С одной стороны, если природа каким-то невообразимым способом сумела ее запустить в Окло, то для постоянной поддержки реакции должен работать целый ряд факторов, вероятность одновременного наличия которых практически равна нулю. В самом деле, малейший сдвиг пластов грунта в этом районе, который в ту пору отличался высокой тектонической активностью, привел бы к остановке реактора, а прежние условия для его запуска едва ли могли возникнуть снова. А если регулятором цепной реакции были грунтовые воды, то без отсутствия искусственной регулировки мощности реактора ее самопроизвольное увеличение привело бы к выкипанию воды и остановке процесса, и не факт, что он снова самопроизвольно запустился бы. А с другой стороны, рудник в Габоне не слишком-то похож на ядерный реактор, созданный высокоразвитой цивилизацией. Слишком мала его мощность, овчинка, как говорится, не стоит выделки. Скорее, он напоминает место захоронения отработанного ядерного топлива. Причем оборудовано оно идеально. За почти два миллиона лет ни грамма радиоактивных веществ не проникло в окружающую среду. Уран надежно замурован в базальтовый «саркофаг».

    За эту версию выступает удобное местоположение залежей урана. Местность Окло характеризуется стабильной поверхностью Земли. Запасы урана покоятся в недрах толстой базальтовой плиты. Тут не бывает землетрясений и других природных катаклизмов.

    Инопланетяне  или представители древней цивилизации гипотетически могли использовать этот район для захоронения остатков ядерного производства. Но имело ли смысл это делать именно на Земле? Сомнений добавляет и наличие урана-235, как и 16 очагов, напоминающих конструкцию гигантского, некогда действующего, реактора.

    То, что осталось на месте Окло, позволяет заново взглянуть на подходы к захоронению ядерных отходов. Так, радиоактивный ксенон в Окло (образовавшийся как из урана, так и из радиоактивного йода) заперт в осадочных слоях, насыщенных алюминием, а радиоактивный цезий-137 был заперт атомами рутения и до сих пор практически не распространяется в окружающую среду.

 
Автор Ларин Алексей Владимирович. В более красивом виде эта и другие мои статьи опубликованы на моём личном сайте в  виде блога по интернет-адресу, который следует вводить в самой  верхней строке интернета: https://www.алексей-ларин.рф/