 |
Przyczyny zajścia i przebieg reakcji
Wymagania te zostały spełnione w przypadku reaktora w Oklo w następujący sposób: -odpowiednia zawartość U-235 (tj. ok. 3%) została zapewniona w sposób naturalny, gdyż reakcja rozpoczęła się ok. 2.109 gdy jeszcze naturalne zasoby tego izotopu były wystarczające (będzie o tym mowa dalej) -położenie geologiczne sprawiło, że rejon reaktora był wolny od pierwiastków zwanych "neutron poissons", tzn. takich, które mają duże przekroje czynne na chwytanie neutronów, co powoduje występowanie reakcji konkurencyjnych do rozszczepienia i tym samym zakłócających prace reaktora; do takich pierwiastków należą np. kadm i bor -moderatorem, czyli substancją spowalniającą neutrony aby mogły wejść w reakcję z U-235, w przypadku Oklo była woda, której duże ilości przesiąkały przez skały w rejonie reakcji, a także pewne ilości naturalnie występującego węgla (pierwiastka) -odpowiednie (podane wyżej) rozmiary spowodowały, że mogła zaistnieć samopodtrzymująca się reakcja jądrowa Przebieg reakcji natomiast był następujący: po wypełnieniu trzech z czterech powyższych wymagań przesiąkająca przez złoże uranu woda w czasie opadów zaczęła spełniać rolę moderatora umożliwiając łańcuchowe rozszczepienie U-235. Po spowodowanym reakcją podwyższeniu temperatury woda odparowywała i wtedy samoczynnie reaktor przerywał swoją pracę. Po ochłodzeniu woda znów zaczynała się dostawać w obszar złoża i reakcja rozpoczynała się od nowa. Tak działo się aż do wykorzystania wszystkich naturalnych zasobów U-235. W tym miejscu należ zwrócić uwagę na jeszcze jeden zaskakujący fakt : okazuje się, że w reaktorze w Oklo zachodziły nie tylko reakcje z udziałem U-235, ale także z plutonem Pu-239. Biorą pod uwagę fakt, że żadne złoża plutonu tam nie występują dochodzi się do wniosku, że pluton ten został wyprodukowany na miejscu z U-238 zgodnie z poniższym schematem [b]:
A więc, Oklo można traktować jak naturalny reaktor powielający, tzw. "breeder reactor". Jak widać odbywało się to w ten sposób, że powstałe w wyniku rozszczepienia neutrony oddziaływały z U-238 (absorpcja), powodując powstanie nietrwałego ze względu na rozpad b jądra U-239, które w wyniku tychże przemian dawało ostatecznie Pu-239. Tak więc, pomimo naturalnego pochodzenia procesy fizyczne w Oklo były nie mniej skomplikowane niż w dzisiejszych reaktorach.
Zarys historii reaktora w Oklo
Okres I: < 3.5 miliarda lat - mobilizacja uranu. Pojawiająca się w tym momencie ekspansja roślin spowodowała zmianę składu atmosfery ziemskiej i pojawienie się w niej znacznych ilości tlenu. Tlen ten po przedostaniu się do wód gruntowych zaczął powodować (po uprzednim połączeniu się z innymi związkami) rozpuszczanie się drobin uranowych, których stężenie na początku tego okresu liczyło się w częściach na milion. Tak rozpuszczony uran dostał się do źródeł i rzek podziemnych. Okres II: 3.5 - 2.8 miliarda lat - formowanie się rudy (reaktora). Płynące podziemne rzeki niosły ze sobą znaczące ilości osadów, które gromadząc się w pewnych miejscach powodowały zwiększanie się w tychże miejscach koncentracji rudy uranowej. Po jakimś czasie (po odparowaniu wody) spowodowało to postanie owalnych piaskowców. Opadający na tenże piaskowiec deszcz powodował wniknięcie do jego środka wody, która wykorzystując redukcyjne własności niektórych pierwiastków wchodzących w skład piaskowca spowodowała z kolei powstanie dwutlenku uranu o bardzo wysokiej koncentracji (do 50%). Okres III: około 2 - 1.8 miliardy lat - działanie reaktora opisane powyżej. Okres IV: 1.8 miliarda lat - teraz - rozpad produktów reakcji. Produkty te zapoczątkowały szeregi promieniotwórcze, które są ciągami przemian jądrowych trwających aż do uzyskania izotopów stabilnych.
Znaczenie naturalnych reaktorów
© Krzysztof Zberecki
|
Niezwykle
ciekawym przykładem reaktora jądrowego jest naturalny reaktor w miejscowości
Oklo w południowo-wschodnim Gabonie (zdjęcie poniżej [b]). Odkryto tam złoża
rud uranowych o kształcie soczewek, których średnica wynosi ok.10m, a grubość
ok.1m. Zauważono, że w złożu tym było znacznie mniej (ok. 0.5%) uranu 235
niż
normalnie. Odkryto jednocześnie znacznie większe stężenie lżejszych
pierwiastków 
promieniotwórczych,
które rozpoznano jako będące produktami rozszczepienia U-235. W szczególności
neodymu Nd-143 było dwukrotnie więcej (24% zamiast 12%) niż w innych
naturalnych złożach, a jest on charakterystycznym produktem rozpadu. Takie
znalezisko doprowadziło do wniosku, że w bardzo odległej przeszłości ( ok.
2.109 lat temu), kiedy naturalne stężenie uranu U-235 było
dość duże, funkcjonował tam naturalny reaktor jądrowy. Aby zapoznać się z
historią reaktora, 
