כור גרעיני טבעי ייחודי באוקלו, היסטוריה של פתיחתו ועקרון הפעולה שלו
כולנו רגילים לעובדה שכור גרעיני הוא מבנה הנדסי מורכב, אשר הומצא לאחרונה יחסית על ידי האנושות ונעשה להביא הטבות באמצעות מבוקר תגובה גרעינית.
אבל הטבע שלנו כל כך ייחודי ומגוון שהוא יצר כור גרעיני טבעי משלו, שהצליח לעבוד במשך יותר ממאה שנים, וזה היה לפני כמעט שני מיליארד שנים. ההיסטוריה של הגילוי ועקרון הפעולה של תופעת טבע זו יידונו בחומר של היום.
כיצד התגלה כור גרעיני טבעי
אז, 1956, מה שנקרא המלחמה הקרה בעיצומה, וכל מדינה גדולה פחות או יותר שואפת להשיג אורניום 235 כדי להיכנס למועדון הסגור של המעצמות הגרעיניות. גם צרפת גילתה את אותו הרצון, אך היא לא הצליחה למצוא מצבורי אורניום בשטחה.
אך למרבה המזל, מומחים צרפתים הצליחו למצוא את אזור אוקלו העשיר במדינה כמו גבון (לצרפת היה כוח על המדינה הזו כמטרופולין). אבל האורניום שנכרה בפיקדון הזה התברר מוזר מאוד. אחרי הכל, הוא נראה כאילו ביקר כבר בכור הפעלה.
הדבר נודע לאחר הניתוח הספקטרומטרי המוני הרגיל שבוצע בשנת 1972 במרכז.
רק שהמהנדסים עמדו בפני תופעת טבע ייחודית - כור גרעיני טבעי, שכפי שהתברר, עבד בהצלחה במשך כשני מיליארד שנים.
עקרון התגובה הגרעינית ומחצית החיים של האורניום 235
ניתן למצוא כמה איזוטופים של אורניום בטבע, אך רק אורניום 235 מתאים לעבודה בכורים גרעיניים ולמילוי פצצות גרעיניות. יתר על כן, מחצית החיים של איזוטופ זה היא 700 מיליון שנה, וכתוצאה מהתפרקות זו נוצר תוריום 231.
אבל צריך רק להשפיע על אורניום 235 עם נויטרון איטי, מכיוון שהוא מתפורר מיד. זה מה שהופך את האלמנט הזה לכל כך ייחודי.
ישנם מקורות רבים לקרינת נויטרונים בטבע המסוגלים בהחלט לעורר תגובת ריקבון. אבל הם נעים מהר מדי מכדי לקיים אינטראקציה עם אורניום 235, מה שאומר שהם חייבים לעבור שלב של האטה על ידי השפעות חיצוניות.
מסתבר שאם שמים U235 במים רגילים, אז זה מאט מספיק נויטרונים, והם ייספגו באורניום 235. זה ייצור את האורניום 236 איזוטופי, שהוא מאוד לא יציב ומתפרק במהירות לבריום 141 ולקריפטון 92, כמו גם לשלושה נויטרונים בעלי אנרגיה גבוהה.
אז ברגע ששלושת הנויטרונים המוקצים יאטו במים, הם יכולים להיספג כבר שלושה איזוטופים של אורניום 235, אשר בתורם גם יעברו תהליך ריקבון עם שחרור מהיר נויטרונים. זה יגרום לתגובת שרשרת הגוברת באופן אקספוננציאלי של ביקוע גרעיני.
מדענים למדו מזמן כיצד לבצע את מה שמכונה ניתוח פחמן, המבוסס במדויק על קביעת החלק השאורי של האורניום 235. בהקשר זה, הכל פשוט, אם אתה יודע מתי נוצר אורניום ושכל 700 מיליון שנה חלקו בעפרה חצוי, אז זה עניין של טכנולוגיה לקבוע מה התוכן שלו בעפרה.
אז הוא האמין כי כל האורניום על הפלנטה שלנו נוצר אז, ואז השמש שלנו הפכה לסופרנובה, כלומר לפני כ -6 מיליארד שנים. בהתבסס על נתונים אלה, אנו מוצאים כי ריכוז האורניום 235 בעפרות אורניום על פני כדור הארץ צריך להיות 0.72%.
אך ניתוח העפרות מהפקדת אוקלו הראה ציון של 0.717%. במבט ראשון ההבדל אינו משמעותי, אך בהתחשב בהיקף הפיקדון, הוערך כי באוקלו חסרים כ -200 ק"ג אורניום טהור, וזה יספיק לדקה ליצירת מספר אטומי פצצות.
אני לא חושב שכדאי לומר שאין גבול להפתעת הצרפתים, שכן בהתחשב במצב הפוליטי כולו ו מרוץ החימוש המתפתח בין ברית המועצות וארצות הברית, "אובדן" כמות אורניום שכזו עורר דאגה רבה שאלות רבות.
אך עם מחקר מעמיק יותר של העפרות במצבור, מדענים גילו גם כמות גדולה של תוצרי הריקבון של אורניום 235.
זה הציע שאורניום 235 שנכרה כבר הסתדר בכור והוחזר לקרקע.
ובמבט ראשון, מדובר בשטויות גמורות, אך עבודה נוספת על הפיקדון הראתה שמדובר בחפץ ייחודי - הכור הגרעיני הטבעי היחיד בעולם.
עקרון הפעולה של כור גרעיני טבעי באוקלו
הכור היה בשלב הפעיל במשך זמן רב מאוד, כלומר לפני כ -2 מיליארד שנים. יתר על כן, באותה תקופה ריכוז האורניום בעפרות היה 3%, ממש כמו בכורים גרעיניים מודרניים.
הטבע פתר את בעיית האטת הנויטרונים על חשבון מי התהום, שכן התברר כי עפרות אורניום שקועה בשכבת מי התהום. ומים אלה הם שהאטו את הנויטרונים שהגיבו והפעילו תגובת שרשרת גרעינית.
ואם המים היו כל הזמן ב"כור ", הרי שהתגובה ההולכת וגוברת הייתה עוברת למצב על -ביקורתי והפיצוץ היה מתרחש בהכרח.
אבל הכור הטבעי באוקלו מעולם לא הגיע למצב קריטי כזה. אחרי הכל, מים שניהם מתחילים את התגובה ויכולים לעצור אותה.
האיור לעיל מציג חתך רוחב של הכור של אוקלו. אז המים העוברים דרך הכור עוררו תגובת שרשרת וגרמו לאזור הזה להיות חם מאוד, ואז לאחר זמן מסוים המים רותחים ומתאדים. לפיכך, התגובה נעצרה, מכיוון שלא היה מה להאט את הנויטרונים.
כאשר הכור התקרר שוב נאספו בו מים והתגובה החלה. הכור נשאר במצב "פועל" זה שנים רבות, עד שריכוז האורניום ירד לרמה כזו שכבר אי אפשר היה להגיע למצב הביקורתיות.
כך עבד הכור הטבעי הייחודי באוקלו, ומדענים אף חישבו כי הספקו היה כ -100 קילוואט.
עובדה זו מצביעה על כך שבמבט ראשון, תופעה בלתי אפשרית בטבע עשויה להתקיים והטבע עדיין ממציא.
אם החומר היה מעניין אותך, תדרג אותו ואל תשכח להירשם לערוץ. תודה לך על תשומת הלב!