Einzigartiger natürlicher Kernreaktor in Oklo, Geschichte seiner Eröffnung und Funktionsprinzip

Wir alle sind daran gewöhnt, dass ein Kernreaktor ein komplexes technisches Bauwerk ist, das wurde erst vor relativ kurzer Zeit von der Menschheit erfunden und soll Vorteile durch eine kontrollierte Kernreaktion.

Aber unsere Natur ist so einzigartig und vielfältig, dass sie ihren eigenen natürlichen Kernreaktor geschaffen hat, der mehr als hundert Jahre lang funktioniert hat, und das war vor fast zwei Milliarden Jahren. Die Entdeckungsgeschichte und das Funktionsprinzip dieses Naturphänomens werden im heutigen Material diskutiert.

Wie ein natürlicher Kernreaktor entdeckt wurde

1956, der sogenannte Kalte Krieg ist also in vollem Gange, und jedes mehr oder weniger große Land strebt danach, Uran 235 zu bekommen, um in den geschlossenen Club der Atommächte einzutreten. Auch Frankreich zeigte den gleichen Wunsch, fand jedoch keine Uranlagerstätten auf seinem Territorium.

Aber zum Glück gelang es französischen Spezialisten, die reiche Oklo-Region in einem Land wie Gabun zu finden (Frankreich hatte die Macht über dieses Land als Metropole). Aber das in dieser Lagerstätte abgebaute Uran stellte sich als sehr seltsam heraus. Schließlich sah er aus, als hätte er bereits einen in Betrieb befindlichen Reaktor besucht.

Dies wurde nach der üblichen massenspektrometrischen Analyse 1972 am Konzentrator bekannt.

Es ist nur so, dass Ingenieure mit einem einzigartigen Naturphänomen konfrontiert waren - einem natürlichen Kernreaktor, der, wie sich herausstellte, seit etwa zwei Milliarden Jahren erfolgreich funktioniert.

Das Prinzip der Kernreaktion und die Halbwertszeit von Uran 235

In der Natur kommen mehrere Uranisotope vor, aber nur Uran 235 eignet sich für die Arbeit in Kernreaktoren und zum Füllen von Atombomben. Darüber hinaus beträgt die Halbwertszeit dieses Isotops 700 Millionen Jahre, und als Ergebnis dieses Zerfalls wird Thorium 231 gebildet.

Aber man muss Uran 235 nur mit einem langsamen Neutron beeinflussen, da es sofort zerfällt. Das macht dieses Element so einzigartig.

Es gibt viele Quellen von Neutronenstrahlung in der Natur, die durchaus in der Lage sind, eine Zerfallsreaktion auszulösen. Sie bewegen sich jedoch zu schnell, um mit Uran 235 zu interagieren, was bedeutet, dass sie durch äußere Einflüsse eine Phase der Verlangsamung durchlaufen müssen.

Es stellt sich heraus, dass, wenn Sie U235 in normales Wasser geben, es genügend Neutronen verlangsamt und sie von Uran 235 absorbiert werden. Dabei entsteht das Isotop Uran 236, das extrem instabil ist und schnell in Barium 141 und Krypton 92 zerfällt, sowie drei hochenergetische Neutronen.

Sobald also die zugewiesenen drei Neutronen durch Wasser abgebremst werden, können sie auch schon absorbiert werden drei Isotope von Uran 235, die wiederum mit der Freisetzung von Fast ebenfalls einem Zerfallsprozess unterliegen Neutronen. Dies wird eine exponentiell zunehmende Kettenreaktion der Kernspaltung provozieren.

Wissenschaftler haben längst gelernt, die sogenannte Kohlenstoffanalyse durchzuführen, die genau auf der Bestimmung des Restanteils von Uran 235 basiert. In dieser Hinsicht ist alles einfach, wenn man weiß, wann Uran entstanden ist und dass sich alle 700 Millionen Jahre sein Anteil am Erz halbiert, dann ist es eine Frage der Technik, seinen Gehalt im Erz zu bestimmen.

Es wird also angenommen, dass damals absolut alles Uran auf unserem Planeten gebildet wurde, dann wurde unsere Sonne vor etwa 6 Milliarden Jahren zu einer Supernova. Basierend auf diesen Daten stellen wir fest, dass die Konzentration von Uran 235 im Uranerz auf der Erde 0,72 % betragen sollte.

Aber die Analyse des Erzes aus der Lagerstätte Oklo zeigte einen Gehalt von 0,717%. Auf den ersten Blick ist der Unterschied nicht signifikant, aber angesichts des Volumens der Lagerstätte wurde geschätzt, dass in Oklo Es fehlen etwa 200 kg reines Uran, und das reicht für eine Minute, um mehrere Atome zu erzeugen Bomben.

Ich glaube nicht, dass der Überraschung der Franzosen keine Grenzen gesetzt waren, denn angesichts der gesamten politischen Situation und das sich entfaltende Wettrüsten zwischen der Sowjetunion und den Vereinigten Staaten, der "Verlust" einer solchen Uranmenge gab große Besorgnis und viele Fragen.

Bei einer genaueren Untersuchung des Erzes in der Lagerstätte entdeckten Wissenschaftler aber auch eine große Menge der sogenannten Zerfallsprodukte von Uran 235.

Dies deutete darauf hin, dass das abgebaute Uran 235 bereits im Reaktor ausgearbeitet und wieder dem Boden zugeführt wurde.

Und das ist auf den ersten Blick völliger Unsinn, aber weitere Arbeiten an der Lagerstätte zeigten, dass es sich um ein einzigartiges Objekt handelt - den einzigen natürlichen Kernreaktor der Welt.

Das Funktionsprinzip eines natürlichen Kernreaktors in Oklo

Der Reaktor befand sich sehr lange in der aktiven Phase, nämlich vor etwa 2 Milliarden Jahren. Außerdem lag die Urankonzentration im Erz damals wie in modernen Kernreaktoren bei 3%.

Die Natur hat das Problem der Verlangsamung von Neutronen auf Kosten des Grundwassers gelöst, da sich herausstellte, dass Uranerz in die Grundwasserschicht eingetaucht war. Und es war dieses Wasser, das die Neutronen verlangsamte, die reagierten und eine nukleare Kettenreaktion auslösten.

Und wenn das Wasser ständig im "Reaktor" wäre, dann würde die immer stärker werdende Reaktion in einen überkritischen Zustand übergehen und es würde unweigerlich zu einer Explosion kommen.

Aber der natürliche Reaktor von Oklo ist nie in einen so kritischen Zustand geraten. Denn Wasser startet die Reaktion und kann sie stoppen.

Die obige Abbildung zeigt einen Querschnitt des Oklo-Reaktors. So löste das durch den Reaktor strömende Wasser eine Kettenreaktion aus und machte diesen Bereich sehr heiß, dann kochte das Wasser nach einer gewissen Zeit und verdampfte. Damit stoppte die Reaktion, da es nichts gab, um die Neutronen zu verlangsamen.

Beim Abkühlen des Reaktors wurde erneut Wasser darin gesammelt und die Reaktion gestartet. Der Reaktor verharrte viele Jahre in diesem "Arbeitszustand", bis die Urankonzentration so stark absank, dass der Kritikalitätszustand nicht mehr erreicht werden konnte.

So funktionierte der einzigartige Naturreaktor in Oklo, und Wissenschaftler berechneten sogar eine Leistung von etwa 100 kW.

Diese Tatsache weist darauf hin, dass auf den ersten Blick ein unmögliches Phänomen in der Natur durchaus existieren kann und die Natur immer noch eine Erfinderin ist.

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