Eduscience

Eduscience

Pierwszy na Ziemi reaktor jądrowy powstał w … Afryce. Było to około 2 miliardów lat temu w Gabonie, gdzie w złożu uranu znajduje się 16 miejsc, w których dochodziło do łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder uranu.

Opisany fenomen odkryto w 1972 roku podczas rutynowych testów próbek z kopalni uranu w Oklo. Okazało się, że zawartość izotopu 235U w złożu była mniejsza niż zazwyczaj w przyrodzie, w innych tego typu złożach. Ze względu na to przeprowadzono różnego rodzaju badania złoża w Oklo w celu sprawdzenia zawartości izotopów uranu oraz izotopów będących produktem jego rozszczepienia: neodymu i rutenu. Okazało się, że w przypadku wszystkich badanych izotopów zawartość odbiegała od zakładanej średniej, m.in. zawartość izotopu 99Ru, będącego typowym produktem rozszczepienia za pomocą neutronów termicznych, była ponad 2 razy większa niż w innych złożach uranu . Utrata izotopu 235U następuje w reaktorze jądrowym w wyniku zachodzących w nim procesów , stąd też wywnioskowano, że w obrębie złoża w Oklo doszło do powstania naturalnego reaktora jądrowego.

Obecnie nie zachodzi na Ziemi podobne zjawisko w złożach, ponieważ nie może być spełniony jeden konieczny warunek, czyli dość duża zawartość izotopu uranu 235U. W przypadku reaktora w Oklo było to około 3% całej masy uranu w złożu. Podobną zawartość tego izotopu stosuje się we współczesnych reaktorach. Obecnie naturalnie w przyrodzie koncentracja 235U ze względu na krótszy połowiczny czas rozpadu tego izotopu od czasu rozpadu 238U jest mniejsza niż 1%. Są jeszcze inne warunki, które musza być spełnione, aby naturalny reaktor wystąpił:

  • rozmiar złoża uranu powinien przekraczać średni zasięg neutronów rozszczepiających, co odpowiada wielkości złoża równej około 70 centymetrów,
  • musi być obecna substancja zwana „moderatorem”, która zwalnia neutrony powstałe w wyniku rozszczepienia na tyle, by te mogły rozszczepić kolejne jądra uranu;
  • w złożu powinna być niska koncentracja pierwiastków absorbujących neutrony zamiast uranu.

Mechanizm działania reaktora w Oklo polegał na tym, że w złożu uranu występowała woda gruntowa, która działała jako moderator reakcji rozszczepienia, pozwalając rozpocząć się reakcji łańcuchowej. W momencie kiedy ciepło generowane w rozszczepieniach powodowało wyparowanie wody, moderator znikał i łańcuchowa reakcja rozszczepienia zwalniała lub ustawała. Następnie gdy złoże się schłodziło i woda gruntowa z powrotem wsączała się w jego obręb, reakcja ponownie się rozpoczynała. Na podstawie badań pozostałości produktów rozszczepienia obecnych w minerałach złoża oszacowano, że cykl ten składał się z 30 minutowej reakcji łańcuchowej, a następnie 2,5 godzinnego schładzania złoża i powrotu wody gruntowej. Co ciekawe mechanizm ten był wydajny na tyle, że nigdy nie doszło do wybuchu lub stopienia złoża w wyniku „niekontrolowanej” reakcji łańcuchowej w obrębie złoża. Działanie reaktora w Oklo mogło trwać kilkaset tysięcy lat.

W Oklo znajdowało się 16 stref stanowiących naturalne reaktory jądrowe. Oszacowano, że moc reaktorów wynosiła 100 kW. Dla porównania moc elektrowni Bełchatów, największej konwencjonalnej elektrowni Europy, przekroczyła w 2011 roku 5000 MW, a moc jednego tylko bloku tej elektrowni przekracza 850 MW.

Tekst: dr Grzegorz Lizurek

Źródła:

http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=ancient-nuclear-reactor

http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_nuclear_fission_reactor

Galeria zdjęć

2 Krajowa Konferencja Scientix "Dobre praktyki STEM"

Serdecznie zapraszamy na 2. Krajową Konferencję Scientix „Dobre Praktyki STEM” dla nauczycieli przedmiotów matematyczno-przyrodniczych, która odbędzie się w dn. 23-24.11.2018 r. w Warszawie. Zapisy właśnie ruszyły, a organizatorzy jak zwykle…

Czytaj więcej

Webinaria Scientix dla nauczycieli

Serdecznie zapraszamy na webinaria dla nauczycieli przedmiotów przyrodniczych. W cztery kolejne środy o godzinie 15.00 zabierzemy Państwa w podróż do świata nauki. Pokażemy ciekawe materiały do pracy z uczniami i zaprezentujemy różne sposoby…

Czytaj więcej

Zdrowe opalanie, czyli jakie?

Jak długo mogę się dziś opalać? To pytanie zadajemy sobie szczególnie w bardzo słoneczne dni. Czy możliwe jest wyznaczenie czasu opalania, w którym naszemu organizmowi dostarczymy dawkę promieniowania potrzebną do wytworzenia witaminy D3, a jednocześnie…

Czytaj więcej

Wakacyjna lektura dla nauczycieli

Zachęcamy do wpisania na swoją wakacyjną listę lektur dwóch nowych raportów dotyczących edukacji przyrodniczej. To idealne lektury letnie dla tych wszystkich, którzy zainteresowani są nauczaniem STEM oraz wykorzystaniem gier w nauczaniu!

Czytaj więcej