Атомные реакторы в габоне. Древний ядерный реактор в Африке, ошеломивший ученых (4 фото)

В Западной Африке, недалеко от экватора, в местности, располагающейся на территории государства Габон, учёными была сделана удивительная находка. Произошло это в самом начале 70-х годов прошлого столетия, но до сих пор представители научного сообщества не пришли к единому мнению - что же такое было найдено?

Залежи урановой руды - явление обычное, хотя и достаточно редкое. Однако урановый рудник, обнаруженный в Габоне, оказался не просто месторождением ценного ископаемого, он работал как… самый настоящий ядерный реактор! Были обнаружены шесть урановых зон, в которых протекала самая настоящая реакция деления ядер урана!

Как показали исследования, реактор был запущен около 1900 миллионов лет назад и проработал в режиме медленного кипения несколько сотен тысяч лет.

Мнения представителей науки по поводу феномена разделились. Основная масса учёных мужей взяла сторону теории, согласно которой, ядерный реактор в Габоне запустился самопроизвольно в силу случайного совпадения условий, необходимых для подобного запуска.

Однако далеко не всех устроило такое предположение. И на то были веские причины. Многие вещи говорили о том, что реактор в Габоне хоть и не имеет частей внешне похожих на творения мыслящих существ, всё же является продуктом деятельности разумных.

Приведём несколько фактов. Тектоническая активность в местности, в которой был найден реактор, на период его работы была необычайно высока. Однако исследования показали, что малейший сдвиг пластов грунта обязательно бы привёл к остановке реактора. Но поскольку реактор проработал не одну сотню тысячелетий, этого не произошло. Кто или что заморозил тектонику на период работы реактора? Может, это сделали те, кто его запустил? Далее. В качестве замедлителя, как уже было сказано, использовались грунтовые воды. Для обеспечения постоянной работы реактора, кто-то должен был регулировать выдаваемую им мощность, так как при её избытке произошло бы выкипание воды и остановка реактора. Эти и некоторые другие моменты наводят на мысль, что реактор в Габоне - вещь искусственного происхождения. Но кто на Земле обладал подобными технологиями два миллиарда лет тому назад?

Как не крути, ответ прост, хотя и несколько банален. Сделать такое могли только пришельцы из Космоса. Вполне возможно, они прибыли к нам из центральной области Галактики, где звёзды намного древнее Солнца, а их планеты старше. В тех мирах жизнь имела возможность зародиться гораздо раньше, в те времена, когда Земля представляла собой ещё не очень уютный мир.

Зачем инопланетянам понадобилось создавать стационарный ядерный реактор высокой мощности? Кто знает… Может, они оборудовали на Земле «станцию космической подзарядки», а может…

Существует гипотеза, что высокоразвитые цивилизации на определённом этапе своего развития «берут шефство» над зарождающейся на других планетах жизнью. И даже прикладывают руку к тому, чтобы превратить безжизненные миры в пригодные для жизни. Может те, кто построил африканское чудо, принадлежали именно к таким? Может, они использовали энергию реактора для терраформирования? Учёные ведь до сих пор спорят, как возникла земная атмосфера, так богатая кислородом. Одним из предположений является гипотеза об электролизе вод Мирового океана. А электролиз, как известно, требует много электричества. Так может пришельцы создали габонский реактор для этого? Если так, то он, по-видимому, не является единственным. Очень может быть, что когда-нибудь будут найдены и другие, ему подобные.

Как бы там ни было, габонское чудо заставляет нас думать. Думать и искать ответы.

Многие люди думают, что ядерная энергетика является изобретением человечества, а некоторые даже считают, что она нарушает законы природы. Но ядерная энергетика на самом деле является природным явлением, и жизнь не могла бы существовать без неё. Все потому, что наше Солнце (и любая другая звезда) сама по себе гигантская электростанция, освещая Солнечную систему с помощью процесса, известного как термоядерный синтез.

Люди, однако, чтобы генерировать эту силу используют другой процесс, называемый ядерным делением, при котором энергия высвобождается путем расщепления атомов, а не объединяя их, как в процессе сварки. Независимо от того, насколько изобретательным может показаться человечество, этот способ природа также уже использовала. В единственном, но хорошо задокументированном месте, ученые нашли доказательства того, что природные реакторы деления были созданы в трех урановых месторождениях в западной африканской стране Габон.

Два миллиарда лет назад, минеральные залежи богатые ураном начали затапливаться грунтовыми водами, вызывая самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию. Рассматривая уровни определенных изотопов ксенона (побочного продукта процесса деления урана) в окружающую породу, ученые определили, что естественная реакция протекала на протяжении нескольких сотен тысяч лет с интервалами около двух с половиной часов.

Таким образом, природный ядерный реактор в Окло действовал на протяжении сотен тысяч лет, пока большая часть делящегося урана не была исчерпана. В то время как большая часть урана в Окло является не делящемся изотопом U238, необходимо лишь 3% делящегося изотопа U235 для начала цепной реакции. Сегодня процент делящегося урана в месторождениях составляет около 0,7%, что свидетельствует о том, что в течение относительно длительного периода времени в них проходили ядерные процессы. Но именно точная характеристика пород из Окло первой озадачила ученых.

Низкие уровни U235 впервые были замечены в 1972 году сотрудниками фабрики по обогащению урана Пьерлате во Франции. В ходе рутинного масс-спектрометрического анализа проб из рудника Окло, было обнаружено, что концентрация делящегося изотопа урана отличалась на 0,003 % от ожидаемого значения. Эта, казалось бы, небольшая разница была достаточно существенной, чтобы предупредить власти, которые были обеспокоены тем, что пропавший уран может быть использован для создания ядерного оружия. Но позже, в этом же году, ученые нашли ответ на эту загадку - это был первый природный ядерный реактор в мире.

Два миллиарда лет назад в одном из мест на нашей планете геологические условия сложились удивительным образом, случайно и спонтанно образовав термоядерный реактор. Он стабильно работал в течение миллиона лет, а его радиоактивные отходы, опять-таки естественным образом, никому не угрожая, хранились в природе всё то время, что прошло с момента его остановки. Было бы неплохо понять, как у него это получилось, не правда ли?

Реакция ядерного деления (краткая справка)

Прежде чем начать рассказ о том, как это случилось, давайте быстренько вспомним, что такое реакция деления. Она происходит, когда тяжёлое ядерное ядро распадается на более лёгкие элементы и свободные осколки, испуская огромное количество энергии. Упомянутые осколки – это небольшие и лёгкие атомные ядра. Они нестабильны, а потому чрезвычайно радиоактивны. Именно они составляют основную массу опасных отходов в атомной энергетике.

Помимо этого, высвобождаются рассеянные нейтроны, которые способны возбуждать соседние тяжёлые ядра до состояния деления. Так, собственно, и происходит цепная реакция, которую можно контролировать на тех же атомных электростанциях, обеспечивая энергией потребности населения и экономики. Неуправляемая реакция может быть катастрофически разрушительной. Поэтому, когда люди строят атомный реактор, им приходится потрудиться и соблюсти массу предосторожностей, чтобы запустить термоядерную реакцию.

Прежде всего, нужно заставить делиться тяжёлый элемент – обычно для этой цели используется уран. В природе он в основном встречается в виде трёх изотопов. Самым распространённым из них является уран-238. Его можно найти во многих местах планеты – на суше и даже в океанах. Однако сам по себе он не способен к делению, так как достаточно стабилен. С другой стороны, уран-235 обладает нужной нам нестабильностью, но его доля в природе составляет всего около 1 процента. Поэтому после добычи уран обогащается – доля урана-235 в общей массе доводится до 3%.

Но это далеко не всё – термоядерному реактору в целях безопасности требуется замедлитель для нейтронов, чтобы они оставались в узде и не вызывали неконтролируемую реакцию. В большинстве реакторов для этой цели используется вода. Кроме того, регулирующие стержни этих сооружений изготавливаются из материалов, также поглощающих нейтроны, вроде серебра. Вода, помимо основной функции, охлаждает реактор. Это упрощённое описание технологии, но даже по нему понятно, насколько она сложна. Лучшие умы человечества потратили десятилетия, чтобы довести её до ума. А потом мы узнали, что ровно то же самое создала природа, причём случайно. Есть в этом что-то невероятное, не правда ли?

Габон – родина ядерных реакторов

Однако тут надо вспомнить о том, что два миллиарда лет назад урана-235 было гораздо больше. По той причине, что он распадается гораздо быстрее урана-238. В Габоне, в местности, которая называется Окло, его концентрация оказалась достаточной для того чтобы запустить спонтанную термоядерную реакцию. Предположительно, в этом месте оказалось нужное количество замедлителя – скорее всего, воды, благодаря чему всё это не закончилось грандиозным взрывом. Также в этой среде не было поглощающих нейтроны материалов, в результате чего реакция деления поддерживала себя длительное время.

Это единственный известный науке природный ядерный реактор. Но это не значит, что он был таким уникальным всегда. Другие могли сместиться вглубь земной коры в результате движения тектонических плит или исчезнуть из-за эрозии. Также возможно, что их ещё просто не нашли. Кстати, этот природный габонский феномен также не сохранился до наших дней – он полностью выработан шахтёрами. Именно благодаря этому о нём и узнали – углубились в землю в поисках урана для обогащения, а затем вернулись на поверхность, озадаченно почёсывая затылок и пытаясь решить дилемму – “Либо кто-то украл отсюда почти 200 килограмм урана-235, либо это природный ядерный реактор, который уже полностью сжёг его”. Правильный ответ после второго “либо”, если кто-то не следил за нитью изложения.

Почему габонский реактор так важен для науки?

Тем не менее, это очень важный для науки объект. По той причине, что он без вреда для экологии работал порядка миллиона лет. Ни один грамм отходов не просочился в природу, ничто в ней не подверглось воздействию! Это крайне необычно, ведь побочные продукты деления урана крайне опасны. Мы до сих пор не знаем, что с ними делать. Одним из них является цезий. Есть и другие элементы, способные непосредственно навредить здоровью человека, но именно из-за цезия ещё долго будут представлять опасность развалины Чернобыля и Фукусимы.

Габонский природный ядерный реактор

Учёные, обследовавшие не так давно шахты в Окло, выяснили, что цезий в этом природном реакторе поглощался и связывался другим элементом – рутением. Он очень редко встречается в природе, и мы не можем использовать его в промышленных масштабах для нейтрализации ядерных отходов. Но понимание механизма работы реактора может дать нам надежду, что мы сможем найти нечто похожее и избавиться от этой давно стоящей перед человечеством проблемы.

Феномен Окло заставляет вспомнить высказывание Э. Ферми, построившего первый ядерный реактор, и П.Л. Капицы, которые независимо друг от друга утверждали, что только человек способен создать нечто подобное. Однако древний природный реактор опровергает эту точку зрения, подтверждая мысль А. Эйнштейна о том, что Бог более изощрен...

С.П. Капица

В 1945 г. японский физик П.К. Курода, потрясенный увиденным в Хиросиме, впервые предположил возможность самопроизвольного процесса деления ядер в природе. В 1956 г. в журнале «Nature» он опубликовал маленькую, всего на страницу, заметку. В ней коротко излагалась теория природного ядерного реактора.

Для инициирования деления тяжелых ядер необходимы три условия будущей цепной реакции:

• 1) горючее - 23э и;
• 2) замедлители нейтронов - вода, окислы кремния и металлов, графит (сталкиваясь с молекулами этих веществ, нейтроны растрачивают свой запас кинетической энергии и из быстрых превращаются в медленные);
• 3) поглотители нейтронов, среди которых - осколочные элементы и сам уран.

Преобладающий в природе изотоп 238 U может делиться под действием быстрых нейтронов, но нейтроны средней энергии (с большей энергией, чем медленные, и с меньшей, чем быстрые) его ядра захватывают и при этом не распадаются, не делятся.

При каждом делении ядра 235 U, вызванном столкновением с медленным нейтроном, образуются два-три новых быстрых нейтрона. Чтобы вызвать новое деление 23э и, они должны стать медленными. Часть быстрых нейтронов замедляется соответствующими материалами, другая часть выбывает из системы. Замедленные нейтроны частично поглощаются редкоземельными элементами, всегда присутствующими в урановых месторождениях и образующимися при делении ядер урана - вынужденном и спонтанном. Например, гадолиний и самарий относятся к числу самых сильных поглотителей тепловых нейтронов.

Для осуществления устойчивого протекания цепной реакции деления 235 U необходимо, чтобы коэффициент размножения нейтронов не опускался меньше 1. Коэффициент размножения (Кр) это отношение остатка нейтронов к их первоначальному числу. Если Кр = 1, в урановом месторождении устойчиво протекает цепная реакция, если Кр > 1, месторождение должно самоуничтожиться, рассеяться, может даже взорваться. При Кр

Для выполнения трех условий необходимо: во-первых, чтобы месторождение было древним. В настоящее время в природной смеси изотопов урана концентрация 23э и составляет всего 0,72%. Не многим больше она была и 500 млн, и 1 млрд лет назад. Поэтому ни в одном месторождении моложе 1 млрд лет не могла начаться цепная реакция, независимо от общей концентрации урана или воды-замедлителя. Период полураспада 235 и около 700 млн лет. Концентрация этого изотопа урана в природных объектах 2 млрд лет назад составляла 3,7%, 3 млрд лет - 8,4%, 4 млрд лет -19,2%. Именно миллиарды лет назад горючего для природного ядерного реактора было достаточно.

Древность месторождения - необходимое, но недостаточное условие действия природных реакторов. Другое, также необходимое условие - присутствие здесь же воды в больших количествах. Вода, особенно тяжелая, - лучший замедлитель нейтронов. Неслучайно же критическая масса урана (93,5% 235 Г1) в водном растворе - меньше одного килограмма, а в твердом состоянии, в виде шара со специальным отражателем нейтронов - от 18 до 23 кг. Не меньше 15-20% воды должно было быть в составе урановой древней руды, чтобы в ней началась цепная реакция деления урана.

В июне 1972 г. в одной из лабораторий Комиссариата по атомной энергии Франции при приготовлении эталонного раствора природного урана, выделенного из руды уранового месторождения Окло, Габон (рис. 4.4), обнаружили отклонение изотопного состава урана от обычного: 235 и оказалось 0,7171% вместо 0,7202%. На протяжении следующих шести недель экстренно проанализировали еще 350 образцов и выявили, что из этого африканского месторождения во Францию доставляется урановая руда, обедненная изотопом 235 Г1. Оказалось, что за полтора года из рудника поступило 700 т обедненного урана, и общая недостача 23:> и в сырье, поступившем на атомные заводы Франции, составила 200 кг.

Французские исследователи (Р. Бодю, М. Нелли и др.) срочно опубликовали сообщение, что ими обнаружен природный ядерный реактор. Затем во многих журналах были приведены результаты всестороннего изучения необычного месторождения Окло.

Приблизительно 2 млрд 600 млн лет назад (Архейская эра) на территории нынешнего Габона и сопредельных с ним африканских государств образовалась огромная гранитная плита протяженностью во много десятков километров. Эту дату определили с помощью радиоактивных часов - по накоплению аргона из калия, стронция - из рубидия, свинца - из урана.

В течение последующих 500 млн лет эта глыба разрушалась, превращаясь в песок и глину. Они смывались реками и в виде осадков, насыщенных органическим веществом, слоями оседали в дельте древней громадной реки. За десятки миллионов лет толщи осадков настолько увеличились, что нижние слои оказались на глубине в несколько километров. Сквозь них просачивались подземные воды, в которых были растворены соли, в том числе немного солей уранила (ион иОу +). В слоях, насыщенных органическим веществом, были условия для восстановления шестивалентного урана в четырехвалентный, который и выпадал в осадок. Постепенно много тысяч тонн урана отложилось в виде рудных «линз» размером в десятки метров. Содержание урана в руде достигло 30, 40, 50% и продолжало расти.

В какой-то момент сложились все условия, необходимые для начала цепной реакции, о которых рассказано выше, и природный реактор заработал. Концентрация изотопа 235 и составляла в то время 4,1%. В сотни миллионов раз вырос поток нейтронов. Это привело не только к выгоранию 23э и, месторождение Окло оказалось скопищем многих изотопных аномалий. В результате работы природного

Рис. 4.4.

реактора образовалось около 6 т продуктов деления и 2,5 т плутония. Основная масса радиоактивных отходов «захоронена» внутри кристаллической структуры минерала уранита, который обнаружен в теле руд Окло.

Оказалось, что природный реактор работал приблизительно 500 тыс. лет. По выгоранию изотопов была рассчитана и энергия, вырабатываемая природным реактором, - 13000000 кВт, в среднем всего 25 кВт/ч: в 200 раз меньше, чем у первой в мире АЭС, давшей в 1954 г. электроэнергию подмосковному городу Обнинску. Этой энергии, однако, хватило, чтобы температура месторождения Окло достигла 400-600 °С. Ядерных взрывов в месторождении не было. Это, вероятно, объясняется тем, что природный реактор Окло был саморегулирующимся. Когда Кр нейтронов приближался к единице, температура повышалась, и вода - замедлитель нейтронов - уходила из зоны реакции. Реактор останавливался, остывал, и вода снова насыщала руду - опять возобновлялась цепная реакция. Время периодической работы реактора до остановки - около 30 мин, время остывания реактора - 2,5 ч.

В настоящее время образование природного ядерного реактора на Земле невозможно, но ведутся поиски остатков других природных ядерных реакторов.

Природные ядерные реакторы существуют! В свое время выдающийся физик-атомщик Энрико Ферми пафосно заявил, что только человеку под силу создать атомный реактор … Однако, как оказалось через много десятилетий, он ошибался — также производит ядерные реакторы! Они существовали в течение многих сотен миллионов лет назад, клокоча цепными ядерными реакциями. Последний из них — природный атомный реактор Окло — погас 1,7 миллиарда лет назад, однако до сих пор дышит радиацией.

Почему, где, как, а главное какие последствия возникновения и деятельности этого природного феномена?

Природные ядерные реакторы вполне могут создаваться самой Матушкой природой — для этого будет достаточно, чтобы в одном «местечке» скопилось необходимая концентрация изотопа урана-235-го (235U). Изотоп — это своеобразная разновидность химического элемента, который отличается от других большим или меньшим количеством нейтронов в ядре атома, тогда как количество протонов и электронов остается постоянным.

Например, у урана всегда имеются 92 протона и 92 электрона, однако, количество нейтронов бывает разным: у 238U — 146 нейтронов, 235U — 143, 234U — 142, 233U — 141 и т.д. … В естественных минералах — на Земле, на других планетах и в метеоритах — основную массу всегда составляют 238U (99,2739%), а изотопы 235U и 234U представлены лишь следами — 0,720% и 0,0057% соответственно.

Цепная ядерная реакция начинается когда концентрация изотопа урана-235-го превышает 1% и тем интенсивнее идет, чем его больше. Именно потому, что в природе изотоп урана-235-го очень рассеянный, считалось, что природные атомные реакторы не могут существовать. Кстати, в атомных реакторах электростанций, в качестве топлива, и в атомных бомбах используется именно 235U.

Однако, в 1972 году в урановых рудниках вблизи Окло, что в Габоне, Африка, ученые обнаружили 16 природных атомных реакторов, которые активно действовали почти 2 миллиарда лет назад … Сейчас они уже остановились, а концентрация 235U в них меньше, чем она имела быть в «нормальных» природных условиях — 0,717%.

Эта, хотя и скудная, разница, по сравнению с «нормальными» минералами, заставила ученых сделать единственный логический вывод — здесь действительно действовали природные атомные реакторы. Более того, подтверждением была высокая концентрация продуктов распада ядер урана-235-го, аналогично, как происходит в искусственных реакторах. При распаде атома урана-235-го, с его ядра вырываются нейтроны, ударяясь в ядро урана-238-го, они превращают его в уран-239-й, а тот в свою очередь теряет 2 электрона, становясь плутонием-239-м …

Именно этот механизм и породил в Окло более две тонны плутония-239-го. Ученые рассчитали, что на момент «запуска» естественного атомного реактора Окло, около 2-х миллиардов лет назад (полураспад 235U в 6 раз быстрее, чем 238U — 713 миллионов лет), доля 235U составила более 3%, что равнозначно промышленном обогащенном урановые.

Для того чтобы ядерная реакция продолжалась, необходимым фактором было замедление быстрых нейтронов, которые вылетали из ядер урана-235-го. Этим фактором, как и в созданных человеком реакторах, стала обычная вода.

Реактор начал работать в момент затопления богатых ураном пористых пород в Окло грунтовыми водами, и выступили в качестве неких замедлителей нейтронов. Тепло, выделяемое в результате реакции, вызвало кипение и испарение воды, замедляло, а впоследствии и останавливало ядерную цепную реакцию.

А после того, как вся порода охлаждалась и распадались все короткоживущие изотопы (это так называемые нейтронные яды, которые способны поглощать нейтроны и прекращать реакцию), водяной пар конденсировался, затапливая породу, и реакция возобновлялась.

Ученые рассчитали, что реактор «включался» на 30 минут, пока не испарялась вода, и «выключался» на 2,5 часа, пока пар не конденсировался. Этот циклический процесс напоминал современные гейзеры и продолжался несколько сотен тысяч лет. При распаде ядер продуктов распада урана, преимущественно радиоактивных изотопов йода, образовались пять изотопов ксенона.

Именно все 5 изотопов в различных концентрациях были обнаружены в таких породах естественного реактора. Именно концентрация и соотношение изотопов этого благородного газа (ксенон — это очень тяжелый и радиоактивный газ) и позволило установить периодичность, с которой «работал» реактор Окло.

Распад ядра атома урана-235-го (большие атомы) вызывает излучения быстрых нейтронов, для дальнейшей ядерной реакции должны замедлиться водой (маленькие молекулы)

Известно, что высокая радиация губительна для живых организмов. Поэтому, в местах существования природных ядерных реакторов, очевидно, находились, «мертвые пятна», где не было никакой жизни, ведь ДНК разрушается радиоактивным ионизирующим излучением. Но на краю пятна, где уровень радиации был значительно ниже — были частые мутации, а значит, постоянно возникали новые виды.

Ученые до сих четко не знают с чего началось жизнь на Земле. Они только знают, что для этого был нужен сильный энергетический импульс, который способствовал бы образованию первых органических полимеров. Считают, что такими импульсами могли быть молнии, вулканы, падения метеоритов и астероидов, однако, в последние годы предлагается за исходную точку считать гипотезу, что такой импульс могли создать естественные природные ядерные реакторы. Кто знает …