В Африке обнаружили древний ядерный реактор — ему 2 миллиарда лет. Как это возможно?

19 сентября 2022 в 7:56
Источник: Сергей Сергеев

В Африке обнаружили древний ядерный реактор — ему 2 миллиарда лет. Как это возможно?

Свой первый ядерный реактор люди соорудили совсем недавно — «Чикагская поленница — 1» была построена в 1942 году в Чикагском университете с участием Энрико Ферми (не путайте с Пьером Ферма, который придумал одну «простую» теорему). Целью было продемонстрировать возможность управлять самоподдерживающейся ядерной реакцией, так как мощность на выходе получалась мизерной. Тогда, вероятно, никто не мог предположить, что человек со своим примитивным атомным реактором на самом деле не был первым.

В 1972 году сотрудники французского завода по переработке урановой руды обнаружили странное: часть завезенного будущего топлива — примерно 200 кг — было «не таким, как должно»: содержание урана на сотые и тысячные доли отличалось от нормы. Этого было достаточно для того, чтобы вызвать удивление у французского физика Франсиса Перрена: содержание изотопа 235U всегда 0,720% — хоть лунный грунт привези.

Руда же, поступившая из шахт Габона в Центральной Африке, а конкретно — из месторождения Окло, содержала 0,717% 235U, говорилось в одной из публикаций Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Холодная война и опасения, что кто-то добрался до урана ради военных целей, позволили выдвинуть гипотезу: в руде содержится уже «поработавший» уран, кто-то уже запускал цепную реакцию. Тем более проведенный позже анализ руды показал «потерю» сотен килограммов урана — хватит на несколько крупных атомных бомб.

Само собой, было инициировано расследование, к французам присоединились коллеги из других стран, и вскоре они сделали интересное открытие.


Существуют укоренившиеся заблуждения, когда природу лишают права создавать что-то необычное для человека, выходящее за рамки известного. Говорят, например, что в природе не существует прямых углов и прямых линий: мол, все плавное и изогнутое. И как-то забывают о минерале пирит, кристаллы которого походят на фрагменты инопланетного материала. Кристаллы поваренной соли при большом увеличении также имеют четкие очертания — примеров уйма.

Чуть поодаль от пирита с солью (и множества других проявлений природы) оказалась Мостовая гигантов, многие годы будоражившая разум сторонников теорий заговора и пришествия инопланетян. А вулканическая активность издревле порождала совсем невероятные объекты: увиденное в скалах Чусангчолли в Китае или ущелье Гарни в Армении заставит задуматься о существовании во Вселенной кого-то еще. Хотя все это творит земная природа.

Фото: Hyur Service

Перрен и его коллеги, проведя исследование, пришли к выводу, что человеческая рука не касалась отработанной урановой руды — она полностью природного происхождения. Удивление вызывали разве что следы продуктов деления урана. Эти выводы позволили озвучить научно обоснованную гипотезу: в Окло работал естественный реактор, возникший в период 1,7—1,8 млрд лет назад (по другим данным — более 2 млрд лет назад).

Оригинальный образец руды из Окло, который сейчас находится в музее в Вене

После выезда на местность, где были проведены дополнительные изыскания и тесты, гипотеза подтвердилась. «Другого объяснения нет», — заявил Людовик Ферьер из Музея естественной истории в Вене в 2019 году (на снимке выше представлен осколок породы из одной из шахт в Окло). Хотя, конечно, нашлись и те, кто усмотрел в этом подтверждение своей теории существования в далеком прошлом технологической цивилизации — без оснований на то. Но когда они требовались?

Миллиарды лет назад руда, по словам ученых, содержала достаточно урана, в том числе 235U, чтобы запустить реакцию деления. Что-то, в свою очередь, должно было регулировать процесс, успокаивая нейтроны, — в противном случае понятие «реактор» оказалось бы бессмысленным.

И вновь природа показала, что обошла человека во всех его технологиях: в качестве замедлителя она также использовала воду. Вероятно, это были подземные источники, в которые был погружен уран (точнее, порода, его содержащая).

Как отмечают эксперты в области ядерной энергетики, вода в данном случае должна быть избавлена от определенных химических элементов — лития, бора и некоторых других (максимум несколько частей на миллион), в противном случае реакция выйдет из-под контроля и/или остановится. Два миллиарда лет назад условия сложились подходящим образом. Способствовало поддержанию реакции и удержанию ее под контролем расположение урана и его объем (залежи должны быть определенных размеров).

Работал такой реактор без перерывов на обед и регулярного обслуживания куда дольше современных «аналогов». Геологи и физики предполагают срок выработки энергии древней АЭС в 150 тыс. лет. Вероятно, во время «запуска» в эпоху палеопротерозоя концентрация урана достигала 10%, из которых более 3% приходилось на 235U — это та самая критическая масса, необходимая для запуска цепной реакции. Она же характерна и для современных реакторов.

Вода, омывавшая естественный реактор, поддерживала реакцию, потом от нагрева испарялась, реактор переходил в режим ожидания, а затем, по мере восполнения жидкости, вновь запускался. И так бесконечно, если рассматривать процесс с точки зрения продолжительности человеческой жизни.

Запасов урана, который возник в том числе благодаря химическим реакциям из-за особенностей атмосферы того времени, магматических пород и бактериологической активности (а также благодаря произошедшей до этого кислородной катастрофе — без кислорода ничего не получилось бы), было достаточно, чтобы поддерживать реакцию на протяжении десятков тысяч лет. Вся эта природная конструкция предотвращала разрушение реактора или взрыв.

Всего в бассейне Франсвиль в Габоне было обнаружено 17 естественных атомных реакторов (зон): крупнейший имел 12 метров в длину, 18 метров в глубину и от 20 до 50 сантиметров в ширину. И каждые 2,5 часа эта «АЭС» выдавала 100 киловатт тепловой энергии, то есть примерно шесть раз в сутки. Выяснить «расписание» работы природного реактора ученым позволили опасные изотопы ксенона (побочный продукт реакции): их следы указывали на циклы включения/выключения.

Как показывают подсчеты, всего за время функционирования системы было произведено столько энергии, сколько может выдать 40-гигаваттная станция за четыре года. Не так много, но точно хватило бы на питание электричеством какого-нибудь человеческого поселения в течение 150 тыс. лет. Правда, пришлось бы еще соорудить собственно электростанцию и инфраструктуру. А еще лампочки, холодильники и другое по мелочи.

1 — реакторы, 2 — песчаник, 3 — урановая руда, 4 — гранит

Считается, что реактор в Окло не был единственным — просто только его удалось обнаружить. Другие могли исчезнуть из-за геологических изменений, какие-то просто еще предстоит найти. Одним из «перспективных» регионов, где могли бы располагаться естественные реакторы, помимо Африки называют Бразилию.

Исследователи указывают на возможную связь между возникновением подобных реакторов и появлением жизни на Земле: они давали тепло и радиацию. Кроме того, на примере Окло можно научиться нейтрализации и консервации радиоактивных отходов от существующих АЭС, говорилось в публикации Университета Йорка в Англии. Дело в том, что природный реактор не нес угрозы окружающему миру, все опасные элементы были заключены в стабильные соединения. Так, побочные продукты оказались заключены рутением и фосфатами алюминия в породах вокруг — последний аспект вызвал наибольшее воодушевление в ученой среде.

Стоит отметить, что за 19 лет до открытия реактора в Окло химик Пол К. Курода из Университета Арканзаса предположил возможность возникновения естественных ядерных реакторов, обозначив необходимые условия (которые упоминались выше). Откуда он знал?

Читайте также:

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ng@onliner.by

Источник: Сергей Сергеев