Adrian Kotowski
Reaktor jądrowy sprzed 2 mld lat.
Ludzkość wtedy jeszcze nie istniała. Gdy w maju 1972 r. jeden z pracowników
zakładu przetwórstwa paliw jądrowych we Francji przeprowadzał rutynową analizę
uranu, nie zdawał sobie nawet sprawy, z jak ważnym odkryciem ma do czynienia.
Analiza, która na pozór wygląda na błędną, potwierdziła istnienie starożytnego
reaktora jądrowego, zlokalizowanego w kopalni w Gabonie.
Istnienie liczącego około 2 mld
lat reaktora jądrowego odkryto przypadkiem, badając złoża uranu z kopalni Oklo
w Gabonie
Początkowe analizy były na tyle
dziwne dla naukowców, że ci nie byli w stanie znaleźć odpowiedniego wyjaśnienia
dla otrzymanych wyników
Późniejsze badania potwierdziły,
że w gabońskiej kopalni miał miejsce samoczynny, powtarzalny, trwający setki
tysięcy lat proces rozszczepiania jądrowego
Istnieje prawdopodobieństwo, że podobnych miejsc na świecie jest jeszcze wiele, ale ich odnalezienie może nie być już niestety możliwe
Gdy mówimy o reaktorach
jądrowych, zwykle na myśli mamy te z elektrowni atomowych. Są one oczywiście
dziełami człowieka, powstałymi na dodatek w XX wieku, więc stosunkowo młodymi.
Nie oznacza to jednak, że wcześniej na Ziemi nigdy nie wystąpił proces
rozszczepienia jądrowego. Takie wydarzenie miało bowiem miejsce i żeby było
ciekawiej, nie przyczyniliśmy się do niego w żaden sposób. Nie dlatego, że nie
chcieliśmy, ale przez fakt, że ludzkość po prostu jeszcze nie istniała.
Kilkadziesiąt lat temu taka
wiedza nie była znana, choć już wtedy pojawiały się pierwsze teorie mówiące o
tym, że w przeszłości istniała możliwość samoczynnego rozszczepienia jądrowego.
Jako pierwsi wskazywali na nią w 1953 r. George
W. Wetherill z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles i Mark G. Inghram z University of
Chicago. Założyli oni, że niektóre znane wtedy złoża uranu mogły w przeszłości
funkcjonować jako naturalne wersje reaktorów jądrowych. Trzy lata później Paul K. Kuroda, chemik z Uniwersytetu w
Arkansas, ustalił, czego potrzeba, aby ciało zawierające uran samoistnie uległo
samopodtrzymującemu się rozszczepieniu.
Trudne
warunki
Jego pierwszym warunkiem było to,
by wielkość złoża uranu przekraczała średnią długość, jaką pokonują neutrony
wywołujące rozszczepienie. Wiemy, że jest to odległość wynosząca co najmniej 66
cm, bo tylko taka gwarantuje, że neutrony wydzielane przez jedno jądro podczas
rozszczepienia zostaną pochłonięte przez inne przed ucieczką z żyły uranu.
Drugim warunkiem była obecność uranu-235 w wystarczającej ilości. Problem w tym
przypadku jest taki, że mówimy o silnie radioaktywnym izotopie, rozpadającym
się aż sześciokrotnie szybciej niż uran-238. Trzecim niezbędnym elementem jest
obecność substancji, która mogłaby spowolnić wydzielanie się neutronów podczas
rozszczepiania jądra uranu, aby równocześnie wyzwalać rozpad innych jąder. Na
samym końcu wymienia natomiast brak zanieczyszczeń w postaci znaczącej ilości
boru i litu, które powodowałyby zatrzymanie jakiejkolwiek reakcji jądrowej.
Próbka
uranu-235
Jak widać, liczba warunków
potrzebnych do spełnienia, by powstał naturalny reaktor, była bardzo duża.
Opisywana teoria po kilkunastu latach została prawie zapomniana i nikt nie
robił użytku z tej wiedzy. Sytuacja zmieniła się właśnie w 1972 r., podczas
badania próbek pochodzących ze złoża Oklo w Gabonie. Pomimo uzyskania
niepodległości od Francji w 1960 r. to środkowoafrykańskie państwo było pod
ogromnym wpływem Paryża. Nic w tym zresztą dziwnego, zważywszy na ogromne złoża
naturalne i wynikające z tego bogactwo.
Zaskakujące
wyniki
Przebadane próbki uranu
tradycyjnie zawierały trzy różne izotopy: uran-238, uran-234 i uran-235.
Najpopularniejsza jest pierwsza z form, stanowiąca 99 proc. całego uranu na
świecie. Jako że uran-234 nie może ulec rozszczepieniu, jest on w tym przypadku
pomijany. Uwagę badacza i jego kolegów zwrócił wynik dla uranu-235. Standardowo
udział jego atomów w próbce wynosi 0,720 proc. całości. Taka wartość jest stała
zarówno dla wszystkich złóż na Ziemi, jak i Księżycu, czy nawet dla meteorytów.
Na dodatek jest zbyt niska, by wywołać reakcję rozszczepienia – z tego zresztą
powodu uran jest sztuczne wzbogacany w bardzo skomplikowanym procesie,
wykorzystującym dyfuzję gazową i wirówki. W próbkach z Gabonu wspomniany izotop
stanowił zaś jedynie 0,717 proc. całości (inne źródła z "International
Journal of Modern Physics" wskazuje nawet na zaledwie 0,60 proc.). Na
pozór to niewielka różnica, ale jej obecność wywołała ogromne poruszenie w
świecie nauki.
Proporcja uranu-235 do uranu-238
nie zmienia się od czasu powstania Ziemi, co wynika wprost z ich
radioaktywności i rozpadu do innych pierwiastków. Okres półtrwania dla tego
pierwszego to 700 mln lat, a drugiego 4,5 mld lat, co mówi nam, że w
przeszłości uran-235 był dostępny w znacznie wyższym stężeniu niż obecnie.
Znając ten czas można określić, że około 2 mld lat temu, czyli mniej więcej w
czasie powstania złoża w Oklo, jego udział wynosił ponad 3 proc., a to jest już
wartością wystarczającą do przeprowadzenia rozszczepienia jądrowego.
Żyła
uranu w kopalni Oklo w Gabonie
Wracając do przebadanych próbek,
ujawniono w nich śladowe ilości innych pierwiastków, które były zatopione w
rudzie. Ich procentowy udział był prawie identyczny jak tych, znajdujących się
w wypalonym paliwie jądrowym, zużytym przez elektrownie. Fizycy zauważyli to
powiązanie, potwierdzając w ten sposób, że w kopalni Oklo, z której pozyskiwano
uran, w pewnym momencie odległej przeszłości nastąpiło samoczynne
rozszczepienie jądrowe. Uran 235 wyczerpał się podczas tego procesu, co miało
odzwierciedlenie w zmianach procentowego udziału w rudzie.
O tzw. fenomenie Oklo zaczęło
robić się bardzo głośno, a samą kopalnię chętnie badano, co doprowadziło do
kolejnych odkryć. Dowiedziono obecności co najmniej 16 różnych miejsc w
regionie, w których miało miejsce rozszczepienie jądrowe. W kolejnych latach w
szczegółach opisano proces działania naturalnych reaktorów, który był niemniej
interesujący, co samo odkrycie.
Skomplikowany
proces, który zadziwił naukowców
Około 2,4 mld lat temu zawartość
tlenu w ziemskiej atmosferze zaczęła gwałtownie rosnąć, co pozwoliło
przekształcić uran z jego nierozpuszczalnej formy w tlenek. Następnie był on
rozpuszczany przez wodę, a potem osadzał się w kolejnych warstwach piaskowca
tak długo, aż był na tyle skoncentrowany, by rozpocząć reakcję łańcuchową.
Naukowcy twierdzą, że szczególne znaczenie miała tutaj wspomniana już woda,
obecna w kopalni, dzięki której neurony wyrzucane z jąder były spowalniane na
tyle, by mogły zostać ponownie wchłonięte przez inne jądra. W innym przypadku
zamiast rozszczepienia widoczne byłoby jedynie odbijanie się elektronów[1]
od atomów.
Rozszczepienie jądrowe generuje
ogromne ilości energii, a co za tym idzie - również ciepła. Proces wygotowywał
wodę obecną w jaskini, co prowadziło do ustania reakcji. Gdy woda wracała,
wszystko zaczynało się od początku. Według badaczy okresy aktywności i
bezczynności były bardzo krótkie – pierwszy trwał około 30 min, a drugi co
najmniej 2,5 godz. Ważniejsze, że procesy były powtarzane przez setki tysięcy
lat. Wiemy to dzięki badaniom zawartości szlachetnego gazu ksenonu. Kluczowym
spostrzeżeniem był to, że w próbkach z Oklo znajdowały się różne izotopy tego
pierwiastka, od ksenonu-136, powstającego już minutę po rozszczepieniu, przez
ksenony 132 i 131, formowane po kilku dniach, na liczącym miliony lat ksenonie
129 kończąc.
Gdyby złoże Oklo było systemem
zamkniętym, ksenon nagromadzony w próbkach zachowałby standardowy skład
izotopowy. Tak jednak nie było, co potwierdza odparowywanie wody i ponawianie
reakcji rozszczepiania. Sama obecność wody została potwierdzona również tym, że
większość ksenonu znajdowała się nie w minerałach bogatych w uran, a w ziarnach
fosforanu glinu, powstającego w wyniku działania H2O ogrzanego reakcją jądrową
do 300 stopni C.
Reaktory gabońskie działały tak
długo, aż stężenie uranu stało się na tyle niskie, że niemożliwe stało się
rozpoczęcie reakcji rozszczepiania. Naukowcy pokusili się nawet o obliczenia
średniej mocy wyjściowej. Szczegółowe obliczenia na ten temat przedstawił George A. Cowan, który wykazał, że
część neutronów uwolnionych w czasie rozszczepiania uranu-235 została
wychwycona przez uran-238, doprowadzając do jego przekształcenia najpierw w
uran-239, a następnie w pluton-239. Złoża tego ostatniego wynosiły około 2 ton
i choć znikły całkowicie, to część uległa rozszczepieniu. Na tej podstawie
określono, że reakcje musiały trwać setki tysięcy lat. Dodatkowo sprawdzając
ilość użytego uranu-235, Cowan obliczył uwolnioną energię, której wielkość
przekroczyła 15 tys. megawatolat. Daje to średnią moc wyjściową reaktorów na
poziomie około 100 kilowatów, czyli śmiesznie wręcz niską w porównaniu do
reaktorów stosowanych przez człowieka.
Naukowcy uważają, że w
przeszłości mogły istnieć miejsca podobne do gabońskiej kopalni Oklo. Ich
znalezienie może być niestety trudne ze względu na ruchy tektoniczne skorup
ziemskich, które mogły spowodować zniszczenie takich regionów. Wiadomo jednak,
że duży udział w potencjalnych poszukiwania będą miały badania nad izotopami
ksenonu. Czas pokaże, czy doprowadzą do podobnego odkrycia, jak to z 1972 r.
Moje
3 grosze
Temat naturalnego reaktora jądrowego w
Oklo jest mi znany od lat 70. XX wieku. Wtedy to po raz pierwszy przeczytałem o
nim na łamach jednego z miesięczników naukowych – bodaj czy nie „Problemów”. Potem
sprawa przycichła aż do czasu, w którym wpadła mi w ręce książka dr. Miloša Jesenský’ego pt. „Bogowie
atomowych wojen” (Ústi n./Labem 1998)[2]
w której omówiono także i fenomen Oklo jako magazyn czy zbiornik paliwa
jądrowego dla pojazdów Obcych lub którejś z antycznych cywilizacji Ziemi:
Atlantydów, Lemurejczyków, czy Dinozauroidów. Od siebie dodam także
ewentualnych Przybyszów Spoza Czasu.
Jak twierdzi autor, takich naturalnych
reaktorów może być więcej. U nas, w Polsce mogłyby być w Sudetach, gdzie
jeszcze są niewielkie złoża tego pierwiastka i Górach Świętokrzyskich. Na szczęście
w Sudetach rudy uranowe wyrabowali Rosjanie jeszcze w latach 50-tych, zaś te w
Górach Świętokrzyskich są zbyt ubogie i raczej Oklo tam nam nie grozi.
Natomiast interesującym jest to, skąd
w Oklo i kilku innych miejscach świata znalazły się tak bogate złoża uranu? Może
dosłownie spadły z nieba? Wyobraźmy sobie, że na Ziemię spadło kilka bogatych w
uran radioasteroidów, które stworzyły potem uranowe bonanzy. O tym jakoś nikt
nie pomyślał… - a trzeba by było pomyśleć, skoro planowane są wyprawy na
asteroidy i już myśli się o eksploatacji ich bogactw naturalnych. I kto wie,
czy takie reaktory jądrowe są także w Kosmosie? No bo jeżeli asteroidy
zawierają wodę, to uruchomienie się takiej reakcji w warunkach przestrzeni
kosmicznej byłoby całkiem możliwe…
[1] Chodzi
oczywiście o neutrony.
[2]
Mój przekład w Internecie na stronach - https://hyboriana.blogspot.com/2012/07/bogowie-atomowych-wojen-1.html
i następnych.
