Pirmasis reaktorius

   Prieš 2 mlrd. metų Žemėje jau veikė atominės elektrinės. Jas buvo sukūrusi pati gamta. Dabar mokslininkams pagaliau pavyko atskleisti tokių elektrinių paslaptį.

   Priešistorinių elektrinių pėdsakus mokslininkai aptiko 1972 m. liepą visiškai atsitiktinai. Pierrelotte esančios prancūzų urano sodrinimo gamyklos inžinieriai tyrė urano rūdos, atkeliavusios iš Oklo telkinio Gabone, bandinius. Kažkas buvo ne taip. Gabono rūdoje buvo per mažai urano-235.

   Inžinierius tai suintrigavo. Urano atomai skiriasi branduoliuose esančių neutronų skaičiumi. Gamtoje dažniausiai yra sutinkamas izotopas U-238, bet iškasenose randama ir lengvesniųjų izotopų, tame tarpe ir U-235, kuris sudaro svarbiausią branduolinių elektrinių kuro dalį. Natūraliuose ištekliuose urano izotopų proporcijos visada yra tokios pačios- tarp 100 tūkst. U atomų bus 720 U-235 atomų. Nei daugiau, nei mažiau. Bet bandiniuose iš Oklo U-235 buvo bent dukart mažiau nei turėjo būti.

   Pradžioje inžinieriai pamanė, kad suklydo, kad vietoje gamtoje rastos urano rūdos jiems buvo pateiktas išnaudotas atominės elektrinės kuras. Keista, bet Oklo bandiniuose urano izotopų santykis buvo kaip tik toks, kaip ir "išdegusiame" branduoliniame kure. Pasirodė, kad panašią situaciją dar šeštajame dešimtmetyje buvo numatęs japonų fizikas P. Kurada. Jo nuomone, kadaise gamtoje urano buvo gerokai daugiau. Bet urano atomai yra nestabilūs - vieni izotopai skyla sparčiau, kiti lėčiau. U-238 dabar yra likę tiktai pusė to, kas buvo ką tik susidariusioje planetoje. Bet lengvesnysis izotopas U-235 skilo dar sparčiau - jo dabar tėra tiktai šimtoji dalis to, kas buvo prieš 4,5 mlrd. metų.

   Prieš 2 mlrd. metų U-235 koncentracija rūdose buvo lygiai tokia pati, kokia dabar yra urano sodrinimo gamyklose pagamintame branduolinių elektrinių kure. Kodėl tada Žemė nepavirto vienu didžiuliu branduoliniu reaktoriumi ir nesusprogo?

   Tam, kad prasidėtų branduolinė reakcija, nereikia detonatoriaus. Laikas nuo laiko U-235 branduolys suskyla į dvi dalis ir atsiranda du arba trys neutronai, kurie patys galėtų sukelti kitų urano branduolių skilimą, jei nebūtų tokie greiti. Reikalinga medžiaga, kuri juos sulėtintų. Tiktai lėtai judantys neutronai sugeba išlukštenti jų kelyje pasitaikančius urano branduolius. Be to telkinyje negali būti perdaug neutronus sugeriančios medžiagos, nes tada reakcija užges.

   Kaip buvo Oklo? Tame urano rūdyne rasta keliolika nišų, kuriose apie 150 tūkst. metų vyko grandininės reakcijos. Ten išdegė apie 6 tonas U-235, o vidutinė tokio reaktoriaus galia neviršijo 100 kW.

   Įdomu tai, kad tos reakcijos netapo nevaldomomis, tai yra neįvyko sprogimas. Viena tą paaiškinančių hipotezių sako, kad reakcijos buvo reguliuojamos retųjų žemių elementų arba boro, kurie gerai sugeria neutronus. Bet labiau tikėtina yra gruntinio vandens įtaka. Vanduo yra geras neutronų lėtintojas, todėl jis galėjo padėti susidaryti grandininėms reakcijoms.

   Nesename "Physical Review Letters" numeryje St. Louis universiteto mokslininkai pateikia įrodymus, patvirtinančius tokio scenarijaus galimumą. Jie Oklo uolienose išmatavo ksenono izotopų tankį. Šis elementas susidaro skylant uranui ir jo uolienose buvo daugiau negu įprasta. Išanalizavę ksenono koncentraciją mokslininkai nustatė, kad Oklo eraktorius veikdavo apie 30 min, o po to užgesdavo ir 2,5 val. neveikdavo. Po to šis ciklas pasikartodavo ir taip tęsėsi tūkstančius metų.

   Tai primena geizeriuose stebimą aktyvumo ritmą. Fizikai sako, kad čia veikė panašus mechanizmas. Sustiprėjus branduoliniam aktyvumui gruntinis vanduo perkaisdavo ir išgaruodavo, todėl reaktorius nustodavo veikti. Kitas ciklas prasidėdavo tiktai tuomet, kai požeminis rezervuaras vėl užsipildydavo vandeniu.


Mokslo įdomybės