Ако зададете въпроса кога се е появил първият ядрен реактор на Земята, повечето хора ще погледнат в Уикипедия и ще отговорят, че той е стартиран през месец декември 1942 г. От една страна, това е вярно, но само ако става дума за реактор, създаден от човешката ръка. Малко хора обаче знаят, че на нашата планета от 1,8 милиарда години съществува естествен ядрен реактор, в който спонтанната верижна реакция на делене на урановите ядра е протичала в продължение на хиляди години.
Понастоящем той вече не работи, тъй като е изчерпан запасът от „ядрено гориво“. Най-интересното е, че реакторът е открит в Габон в Африка в началото на 70-те години на миналия век, но учените са предвидили съществуването му още в средата на 50-те години.
Естественият или природен ядрен реактор е ураново находище, в което верижните реакции на ядреното делене протичат по естествен път, т.е. без човешка намеса. В такива реактори естествената уранова руда, наситена с вода и притежаваща подходящите характеристики, може да предизвика и поддържа ядрени реакции за дълги периоди от време, както това става в реакторите, създадени от човека.
През 1956 г., много преди откриването на естествения ядрен реактор в Африка, японско-американският химик и ядрен физик Пол Казуо Курода описва условията, при които на Земята е възможна самоподдържаща се верижна реакция. Както се оказва по-късно, представените от него данни са много близки до действителността, пише още Kaldata.com.
Природният ядрен реактор работи на същия принцип като изкуствените реактори – ядрата на уран-235, под въздействието на неутроните, се делят, отделяйки топлина и излъчвайки допълнителни неутрони. Тези неутрони попадат в другите атоми на урана, като предизвикват по-нататъшно делене. По този начин се поддържа верижна реакция.
В единствения познат естествен ядрен реактор водата се счита за ключов елемент, който действа като неутронен забавител. Когато водата е в близост до рудата, реакцията е активна. Когато водата се изпари вследствие на генерираната топлина, реакцията се забавя или спира. Когато водата се охлади и се върне обратно, реакцията се възобновява, образувайки повтарящ се цикъл.
Единственият известен в света естествен реактор на базата на делене се намира в находището Окло. Преди около 1,7-1,8 милиарда години на това място е протичала самоподдържаща се верижна реакция, която, както бе споменато по-горе, е продължила стотици хиляди години.
Скалите на находището Окло съдържат своеобразни големи формации от уранинит, т.е. минерал с високо съдържание на уран. Тези участъци са вградени в порест пясъчник. Диаметърът им е около 10 метра, а дебелината на образуванието варира от 20 до 90 сантиметра. Уранът в тези скали е заемал между 20 и 80% от общата маса. Това е много висока концентрация за естествената среда, която е дала възможност да започне верижната реакция на делене.
За това, че на мястото на мината е протичало делене на уран-235, учените са установили в резултат на изследване на изотопите. Обедненият уран, както и съдържанието на някои елементи от средата на Менделеевата таблица, недвусмислено сочат към този процес в миналото.
Учените са успели да идентифицират общо 16 такива естествени реактора, разположени в три района – в самия Окло, наблизо в зоната Окелобондо (на 1,6 км) и в находището Бангомбе (на 20 км южно от Окло). Всички тези древни огнища на естествена верижна реакция са получили общото име – „Естественият ядрен реактор на Окло“ – тъй като са концентрирани в един регион.
Освен това изследванията показват, че топлинната мощност на този природен реактор вероятно никога не е надвишавала 100 kW за 2,5 часа. Това означава, че той не е бил толкова мощен, колкото съвременните реактори, използвани в атомните електроцентрали. Дори миниреакторите имат по-висока мощност.
Преди два милиарда години естествената концентрация на уран-235 (изотопът, който е най-активен в реакциите на делене) е била по-висока от днешната. Именно това е предизвикало верижната реакция. Понастоящем естествените верижни реакции не са възможни, тъй като съдържанието на уран-235 в естествения радиоактивен уран е твърде ниско. Този изотоп се разпада по естествен път с течение на времето.
Така например преди около два милиарда години концентрацията на уран-235 е била 3,7%, преди три милиарда години – 8,4%, а преди четири милиарда години – 19,2%. За последен път естествени ядрени реактори на Земята биха могли да съществуват преди около един милиард години.
Друг фактор, който вероятно е допринесъл за началото на реакцията в Окло преди около 2 милиарда години, а не по-рано, е било увеличаването на съдържанието на кислород в земната атмосфера. Уранът се разтваря добре във водата само в присъствието на кислород, така че преносът и концентрацията на уран в земната кора от подпочвените води, образуващи богати рудни тела, стават възможни едва след достигането на достатъчно съдържание на свободен кислород.
И накрая, откриването на реактора в Окло е важно събитие, което показва, че природата е способна да създава сложни ядрени процеси. Реакторът помага на учените да разберат по-добре поведението на ядрените реакции, както и да изследват поведението на продуктите на делене и някои други процеси, свързани с ядрените реакции.
