Naturalny reaktor rozszczepienia jądrowego w Gabonie w Afryce Zachodniej

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 09:39

Aby zrozumieć, w jaki sposób powstał naturalny reaktor jądrowy, pomaga zrozumieć nieco historii i nauki reakcji jądrowych.

Reakcje jądrowe w skrócie

Według Międzynarodowej Komisji Energii Atomowej (IAEA) istnieje ponad 400 elektrowni jądrowych działających w ponad 30 krajach; i pomimo ostatnich katastrofalnych niepowodzeń bezpieczeństwa, takich jak tragedia w Fukushima Daiichi w 2011 r., obecnie w budowie jest blisko 70 nowych elektrowni jądrowych. Dlaczego więc budujemy takie potencjalnie niebezpieczne obiekty? Moc, która pomimo katastrof takich jak Czarnobyl i Fukushima, megawat dla megawatów jest ogólnie ogólnie uważana za bezpieczniejszą i "bardziej ekologiczną" niż energia generowana przez węgiel lub gaz.

Ten rodzaj energii jądrowej powstaje, gdy izotop, często uran 235 (U-235), jest bombardowany neutronem. Zderzenie zazwyczaj rozbija izotop na dwie części, z których każda zawiera połowę neutronów i protonów pierwotnego atomu, w procesie zwanym rozszczepieniem jądrowym. Podczas reakcji traci się niewielką masę, co jest skutkiem przekształcenia małej ilości materii w stosunkowo dużą ilość energii.

W typowym reaktorze montuje się całą masę U-235, a następnie bombarduje się neutronami; w każdej kolizji między U-235 a neutronem, Dwa więcej neutrony są wytwarzane wraz z uwolnieniem energii. Dopóki jest wystarczająco dużo izotopów U-235, te dodatkowe neutrony spowodują dodatkowe reakcje. Reakcje rosną wykładniczo w procesie zwanym reakcją łańcuchową, która wytwarza jeszcze więcej energii. Elektrownie jądrowe wykorzystują energię z tych kontrolowanych reakcji łańcuchowych i przekształcają ją w energię elektryczną napędzającą takie rzeczy, jak to MacBook Air, o którym piszę.

Uran-235

Uran jest jednym z najcięższych pierwiastków, o masie atomowej 238,03. Zależnie od tego artykułu tylko trzy jego izotopy występują naturalnie w skorupie ziemskiej; U-238, który stanowi 99,3% całości uranu, U-235, który zawiera większość pozostałych.7%, i U-234, który jest obecny tylko w nieskończenie małej ilości. U-238 jest tylko nieznacznie reaktywny i nie tworzy dobrego materiału rozszczepialnego. U-235 jest jednak znakomity w dzieleniu i wytwarzaniu dużej ilości energii.

Kiedy powstaje z ziemi, ruda uranu składa się z trzech izotopów w ich względnych proporcjach. Aby zostać rozszczepialnym, należy zwiększyć udział U-235 w rudzie z 0,7% do około 5% całości. Proces ten jest znany jako wzbogacanie uranu. W typowym scenariuszu wzbogacania uran jest przetwarzany na gaz, sześciofluorek uranu (UF-6), a gaz jest oddzielony wagowo (pamiętaj, że U-234 i U-235 są lżejsze niż U-238). Oddzielenie pozwala na usunięcie dość cięższego uranu, a pozostała substancja ostatecznie ma odpowiednie stężenie U-235 do rozszczepienia.

Gabon Nuclear Reactor

Możesz zapytać: "Jeśli ruda uranu nie nadaje się do reakcji jądrowych bez skomplikowanego, stworzonego przez człowieka procesu wzbogacania, to w jaki sposób naturalny rozpoczął się prawie dwa miliardy lat temu?" Dobre pytanie, a odpowiedź nie brzmi "kosmici".

U-235 ma znacznie krótszy okres półtrwania niż U-238, więc w odległej przeszłości powinien być znacznie bardziej obfity iw większych stężeniach niż obecnie. Naukowiec Paul K. Kuroda zaproponował w 1956 r., Że ta bogata w U-235 ruda, w odpowiednich warunkach, wspierałaby rozszczepienie jądrowe i reakcje łańcuchowe, które tworzyłyby naturalne reaktory jądrowe.

Istnieją dwie teorie na temat działania reaktora Gabona, chociaż obie zakładają cykl reakcji łańcuchowej, wstrzymania, chłodzenia, powtórzenia w ciągu tysięcy lat, aż do wyczerpania materiału rozszczepialnego.

Jedna z teorii sugeruje, że uran był pokryty wodą gruntową, która moderowała neutrony i zapewniała warunki sprzyjające reakcji łańcuchowej. Wytworzona energia ostatecznie podgrzała wodę gruntową do wrzenia i odparowała. Gdy woda gruntowa zniknęła, reakcja ustała. Ostatecznie woda wlała się z powrotem do pieczary uranu, a proces powtórzył się, aż stężenia były zbyt niskie, by podtrzymać dalsze reakcje.

Druga teoria, która nie jest dobrze przyjęta, zaproponowała, że spalający się reaktor wypuścił pewne pierwiastki ziem rzadkich, takie jak samar, gadolin i dysproz, które absorbowały neutrony i zatrzymywały reakcję łańcuchową, przez pewien czas, lub w pewnych miejscach, tylko by mieć pojawia się ponownie w pobliżu.

Szczegóły pierwszej teorii zostały podane w Space Daily w 2004:

To podobieństwo (do gejzera) sugeruje, że w ciągu pół godziny po rozpoczęciu reakcji łańcuchowej, niezwiązana woda została przekształcona w parę, zmniejszając strumień neutronów termicznych i powodując, że reaktor jest podkrytyczny.

Potrącenie reaktora trwało co najmniej dwie i pół godziny, aż do momentu, gdy rozszczepienie Xe (ksenon) zaczęło się utrzymywać.Następnie woda powróciła do strefy reaktora, zapewniając moderację neutronów i ponownie ustanawiając samopodtrzymujący się łańcuch.

Dowód reaktora rozszczepienia Oklo Fossil

Skąd wiemy, że to się kiedykolwiek wydarzyło? Kilka powodów.

Po pierwsze, we wstępnym, francuskim dochodzeniu w 1972 r. Stwierdzono, że stężenie U-235 w tym miejscu było znacznie niższe niż zwykle obserwowane w przyrodzie; w rzeczywistości stężenia z próbek Oklo były podobne do stwierdzonych w wypalonym paliwie jądrowym.

Po drugie, Francuzi odkryli również rozbieżności w innych izotopach z tego miejsca, w tym neodym i ruten, które są zgodne z rozszczepieniem U-235.

Po trzecie, w badaniu z 2004 roku fizycy z Washington University badający to miejsce odkryli podwyższone ilości cyrkonu, ceru i strontu, które powstały w wyniku rozszczepienia jądrowego.

Po czwarte, amerykańscy uczeni stwierdzili również, że złoża Oklo zawierały największe stężenie ksenonu i kryptonu, jakie kiedykolwiek odkryto.

Lekcje z reaktora Oklo

Jednym z zaskakujących odkryć z Oklo jest to, że w przeciwieństwie do naszych reaktorów rozszczepienia, które wytwarzają znaczne toksyczne odpady, których nikt nie chce przechowywać (pomyśl o Yucca Mountain), Matka Natura bezpiecznie pozbyła się jej. Według naukowców z Wash U, naturalny reaktor bezpiecznie uwięził toksyczne odpady (Xe i Kr-85) w związku chemicznym, glinofosforan:

Fascynujące jest myślenie, że naturalna reakcja jądrowa może osiągnąć krytyczne warunki i że jest również zdolna do przechowywania własnych odpadów.

Na koniec, to uspokajające wiedzieć, że naturalnie występujący U-235 nie istnieje dzisiaj w stężeniach niezbędnych do uruchomienia lub utrzymania współczesnego naturalnego reaktora jądrowego. Tak więc, chociaż pewnego dnia będziemy musieli przeżyć kolejny Czernobyl, przynajmniej wiemy, że mamy tylko siebie winić. üòâ

Dodatkowe fakty:

• Three Mile Island, wypadek elektrowni jądrowej w pobliżu Middletown w Pensylwanii, jest najpoważniejszym wypadkiem elektrowni w historii USA. Nie doprowadziło to do śmierci ani do zranienia pracowników zakładu lub pobliskiej społeczności. Wciąż był oceniany jako poziom 5 w INES, mimo że naprawdę powinien być oceniony na poziomie 2.
• Jeśli koczowałeś w zakładzie na Three Mile Island podczas wypadku, który miał miejsce w 1979 roku, dostałeś tylko dodatkowe 80 mil ekspozycji w czasie trwania wypadku. Dla odniesienia, jeśli kiedykolwiek miałeś prześwietlenie kręgosłupa, dostałeś około podwójnego, że właśnie podczas kilku sekund prześwietlenia. Gdybyś znajdował się w odległości około dziesięciu mil od reaktora podczas wypadku, otrzymałbyś około 8 miliardów lub równoważne promieniowanie jonizujące jedzenia 800 bananów, które są naturalnie radioaktywne. Nie ma znanych zgonów / nowotworów / etc. wynika to z wypadku w Three Mile Island.
• Publiczna reakcja na Three Mile Island bardzo się wysunęła poza to, co uzasadniało to wydarzenie. Było to w dużej mierze spowodowane dezinformacją w prasie; niezrozumienie promieniowania jonizującego wśród ogółu społeczeństwa; oraz fakt, że nie 12 dni przed tym wydarzeniem, film Syndrom Chin został wydany. Fabuła filmu mówiła o tym, jak niebezpieczne są reaktory jądrowe i prawie wszyscy w filmie, ale jeden z głównych bohaterów próbował to ukryć. Syndrom Chin Koncepcja tytułu filmu wywodzi się z założenia, że gdyby amerykański rdzeń reaktora jądrowego miał się stopić, przetworzyłby się przez środek Ziemi do Chin. Poruszanie się z faktem, że faktycznie jest to Ocean Indyjski, który znajduje się po przeciwnej stronie Ziemi niż USA, a nie Chiny, i oczywiste problemy z założeniem "Roztapiam Ziemię", to nie mogło być lepiej film o określonym czasie w postaci bezpłatnej reklamy w prasie z powodu incydentu w Three Mile Island. Film był nominowany do kilku nagród akademickich, w tym do najlepszej aktorki Jane Fondy.
• O dziwo, gdybyśmy byli w stanie całkowicie przemienić materię w energię, przy czym 1 kg materii zostałby całkowicie unicestwiony, energia wyprodukowana z tak niewielkiej ilości materii wynosi około 42,95 mega tony TNT. Więc dorosły samiec ważący około 200 funtów ma gdzieś w pobliżu 4000 megaton potencjału TNT, jeśli zostanie całkowicie unicestwiony.
• To około 80 razy więcej energii niż wyprodukowana przez największą kiedykolwiek zdetonowaną bombę jądrową, Tzar Bomba, która sama wyprodukowała eksplozję około 1400 razy silniejszą niż połączone wybuchy bomb zrzuconych na Hiroszimę i Nagasaki.

• Aby dalej zilustrować, 1 megaton TNT, po konwersji do kilowatogodzin, wytwarza wystarczającą ilość energii elektrycznej, aby zasilić przeciętny amerykański dom przez około 100 000 lat. Wystarczy też zasilić całe Stany Zjednoczone przez nieco ponad 3 dni. Tak więc 1 kg pewnej materii, która zostanie całkowicie unicestwiona, będzie w stanie zasilić całe Stany Zjednoczone przez około cztery miesiące. Jeden przeciętny dorosły mężczyzna, po całkowitym unicestwieniu, wytwarzałby energię wystarczającą do zasilania USA przez około 30 lat. Kryzys energetyczny rozwiązany.

  

• Na całkowicie zaskakującą skalę typowy wybuch supernowej wydziela około 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 megaton TNT. * kowboje w kącie *