Záhada 2 miliardy rokov starého jadrového reaktora v Afrike

Predstavte si, že by ste pred dvoma miliardami rokov zistili, že prvý jadrový reaktor nepostavili ľudia, ale samotná príroda.

Presne to sa stalo v roku 1972, keď tím francúzskych vedcov analyzoval vzorku uránovej rudy z bane v Oklo v Gabone a zistil, že obsahuje nižší podiel uránu-235 ako je obvyklé.

Urán-235 je izotop, ktorý môže podstúpiť jadrové štiepenie, proces štiepenia atómov, aby sa uvoľnila energia. Vedci si uvedomili, že jediným možným vysvetlením tejto anomálie je, že uránová ruda bola súčasťou prírodného jadrového reaktora, ktorý fungoval v dávnej minulosti.

“Po ďalších štúdiách, vrátane skúšok na mieste, zistili, že uránová ruda prešla štiepením sama o sebe,” povedal Ludovic Ferrière, kurátor zbierky hornín vo viedenskom Prírodovednom múzeu, kde bude časť kurióznej skaly predstavená verejnosti v roku 2019. „Iné vysvetlenie nebolo.“

Ako tento prírodný jadrový reaktor fungoval? A čo sa z nej môžeme naučiť dnes?

Reaktor Oklo bol jedným zo 17 prírodných reaktorov, ktoré vznikli v oblasti Gabonu asi pred dvoma miliardami rokov, keď bola koncentrácia uránu-235 v zemskej kôre oveľa vyššia ako dnes.

Reaktory boli umiestnené vo vrstve pieskovca, ktorá obsahovala bohaté ložiská uránovej rudy. Pieskovec tiež pôsobil ako prírodný filter pre podzemnú vodu, čo zohralo kľúčovú úlohu pri zmierňovaní jadrovej reakcie.

Voda je dobrým moderátorom, pretože spomaľuje neutróny, ktoré sa uvoľňujú počas štiepenia, a zvyšuje pravdepodobnosť, že spôsobia ďalšie štiepenie v iných atómoch uránu. To vytvára reťazovú reakciu, ktorá podporuje výrobu jadrovej energie.

„Rovnako ako v ľudskom ľahkovodnom jadrovom reaktore sa štiepne reakcie bez toho, aby čokoľvek spomalilo alebo zmiernilo, jednoducho zastavili,“ povedal Peter Woods, vedúci tímu zodpovedného za produkciu uránu v MAAE. “Voda pôsobila v Oklo ako moderátor, absorbovala neutróny a riadila reťazovú reakciu.”

Ak je však hladina vody príliš vysoká, môže tiež absorbovať príliš veľa neutrónov a zastaviť reakciu. To sa stalo v Oklo, kde hladina podzemnej vody v priebehu času kolísala, čím sa vytvoril prirodzený mechanizmus spätnej väzby, ktorý reguloval výkon reaktora.

Reaktor Oklo fungoval prerušovane stovky tisíc rokov a produkoval asi 100 kilowattov energie, ktorá by stačila na rozsvietenie 1000 žiaroviek.

Výkon reaktora sa menil v závislosti od hladiny vody, pričom impulzy energie produkovali v priemere každé tri hodiny. Reaktor tiež generoval rôzne rádioaktívne vedľajšie produkty, ako je plutónium, neodým, ruténium a xenón.

Niektoré z týchto vedľajších produktov boli použité ako dôkazy na potvrdenie existencie prírodného reaktora, pretože sa zhodovali s očakávanými produktmi štiepenia z paliva uránu-235.

Reaktor Oklo nie je len neuveriteľným príkladom vynaliezavosti prírody, ale aj cenným zdrojom informácií pre modernú jadrovú vedu a inžinierstvo. Jednou z najdôležitejších lekcií, ktoré sa môžeme od spoločnosti Oklo naučiť, je to, ako bezpečne skladovať jadrový odpad na dlhé časové obdobia.

Rádioaktívne vedľajšie produkty z prírodného reaktora boli pozoruhodne dobre zadržiavané v pôvodnom ložisku rudy už dve miliardy rokov s minimálnym únikom alebo migráciou do okolitého prostredia. To ukazuje, že geologické formácie môžu poskytnúť účinné bariéry na izoláciu jadrového odpadu od biosféry.

Ďalšou lekciou, ktorú sa môžeme od spoločnosti Oklo naučiť, je to, ako navrhnúť efektívnejšie a udržateľnejšie jadrové reaktory pre budúcnosť. Prírodný reaktor mal veľmi vysokú mieru využitia paliva, čo znamená, že väčšinu energie vyťažil z uránovej rudy skôr, než sa vyčerpala.

Prírodný reaktor mal tiež veľmi nízky dopad na životné prostredie, keďže neprodukoval žiadne skleníkové plyny ani iné znečisťujúce látky. Prírodný reaktor bol navyše samoregulačný a samostabilizačný, bez potreby akéhokoľvek ľudského zásahu alebo riadiacich systémov.

Reaktor Oklo je pripomienkou toho, že príroda experimentovala s jadrovou energiou dávno predtým, ako my, a že môžeme ťažiť zo štúdia jej tajomstiev a riešení.