Эта история началась в мае 1972 года. На французском заводе по переработке ядерного топлива группа исследователей проанализировала образцы урановой руды, извлечённой из шахты Окло, находящейся в Габоне. Это государство в центральной Африке. Это был ничем не примечательный стандартный анализ. Он был нужен для того, чтобы установить в породе соотношение изотопов урана.
Уран – очень интересный химический элемент. Он очень тяжёлый. Если наполнить, например, ураном стандартную литровую коробку из-под молока, которое Вы пьёте на завтрак, она имела бы массу около 19 кг. Причина того, что уран очень тяжёлый, заключается в том, его ядро содержит 92 протона. И ещё в нём есть разное количество нейтронов, которое сильно варьируется.
Если два атомных ядра имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов – это изотопы какого-то химического элемента. Самый распространённый изотоп урана содержит 146 нейтронов, что в сумме с 92 протонами (атомное число) даёт массовое число 238.
В любом образце урановой руды содержится небольшая доля несколько более лёгкого урана. В его ядре на три нейтрона меньше. Этот изотоп урана имеет зарядовое число 235. И это число звучит знакомо для всех нас. Потому что уран-235 — это атомное сердце любой ядерной бомбы. Подобной той, которая уничтожила Хиросиму.
К счастью для нас этого изотопа в природе очень немного. Потому что в противном случае атомных бомб на этой планете было бы гораздо больше.
Странное соотношение изотопов
Но вернёмся во Францию 1972 года. Образцы из Окло были получены на открытом руднике. И специалисты, проводившие анализы, ожидали найти здесь ту же пропорцию урана-235, которая присутствует во всех образцах, полученных на Земле и в космосе: 0,72 процента. Однако это оказалось не так. Внезапно выяснилось, что образец из Габона содержал всего 0,717 процента урана-235!
За этими, казалось бы, смешными трёхтысячными долями скрывалась удивительная информация: из шахты Окло пропало 200 кг урана-235! Этого хватило бы на изготовление десятка атомных бомб!
Директор шахты был, конечно же, вызван «на ковёр». И был вынужден отвечать на вопросы соответствующих органов о том, кто проглядел все полимеры. Он уже почти был готов признаться в том, что уран-235 сложила в ящики и вывезла на пароходе банда одноногих карликов, но вдруг ситуация сама собой чудесным образом благополучно разрешилась!
Уран-235, конечно же, никто не воровал. Поскольку он настолько похож на самый распространённый на Земле уран-238, что без добычи последнего его выделить невозможно. И даже в этом случае после извлечения его придётся подвергнуть процессу разделения. А он очень дорогостоящий. И лишь немногие богатые и технологически продвинутые страны могут это осуществить.
Поэтому вывод был сделан такой – уран-235 исчез естественным путём. В результате цепной реакции. Очень похожую на ту, что происходит в современных ядерных реакторах!
Владельцы продуктовых и вещевых складов и баз хранения взяли на заметку подобное весьма креативное объяснение причин пропажи материальных ценностей.
Однако нигде, кроме как в случае с ураном-235, подобный подход почему-то не срабатывал…
Принцип работы ядерного реактора деления
Я уверен, что мой любознательный читатель знает, как работает ядерный реактор. И всё же давайте вспомним, как происходит ядерная цепная реакция. По сути в ходе неё ядро атома урана-235 распадается на части. И высвобождает от двух до трёх нейтронов, которые при столкновении с другими ядрами урана-235 заставляют их тоже распадаться. При этом высвобождается ещё больше нейтронов. И так далее. Но сначала подобную цепную реакцию нужно запустить. Для этого нужно иметь достаточное количество урана-235. Это необходимо для того, чтобы нейтроны нашли нужную им цель.
Ядерному реактору требуется для работы концентрация урана-235 выше, чем существует в природе. Около 3 процентов. И поэтому топливо для реакторов нужно искусственно обогащать. Таким образом можно быть абсолютно уверенным в том, что при содержании в породе урана-235 в 0,72% природный ядерный реактор попросту не может существовать.
Однако не всё так просто. Уран-235 нестабилен. И с течением времени распадается. И делает это он в шесть раз быстрее, чем распадается уран-238. Это означает, что с течением времени он постепенно исчезает из горных пород Земли. И это весьма интересно. Поскольку расчёты показывают, что 2 миллиарда лет назад в Окло было достаточно урана-235 для того, чтобы «запустить» горячее атомное сердце. Поскольку концентрация химического элемента была тогда больше 3 процентов!
Однако для работы реактора, на самом деле, лишь определённой концентрации урана-235 недостаточно. Поскольку для возникновения цепной реакции нужен ещё один фактор.
Дело в том, что нейтроны, освобождающиеся при распаде ядра, вылетают с такой огромной скоростью, что не могут быть захвачены ядрами урана. Поэтому необходимо уменьшить скорость этих нейтронов. Только так их смогут захватить другие атомы.
В некоторых современных реакторах это делается с помощью воды. Нейтроны сталкиваются с молекулами воды и теряют скорость. После чего их спокойно можно захватывать для поддержания ядерной реакции.
Учёные пришли к выводу, что нечто подобное однажды произошло и в Окло.
Атомное сердце Африки
Два миллиарда лет назад концентрация атомов урана-235 в Окло была достаточной для того, чтобы началась ядерная реакция. Вода, просачивающаяся сквозь щели в породе, замедляла скорость нейтронов. Цепная реакция началась. И температура породы стала подниматься. И поднималась она до тех пор, пока вода не закипела. Образовавшийся пар вырвался в итоге наружу. И улетучился в атмосферу. Лишённый замедлителя нейтронов реактор постепенно остановился. Однако через несколько часов грунтовые воды снова заполнили трещины. И всё началось сначала…
Таким образом, периодически включаясь и выключаясь, ядерный реактор Окло поддерживал свою активность сотни тысяч лет. Это было похоже на огромное атомное сердце. При каждом импульсе в реакторе распадалось некоторое количество атомов урана-235. Но постепенно количество ядерного топлива становилось всё меньше и меньше. И в итоге настал момент, когда для поддержания ценой реакции топлива уже не хватило. И реактор остановился навсегда.
Сегодня, почти 2 миллиарда лет спустя, отсутствие этих атомов и позволило нам обнаружить, что задолго до появления человека природа самостоятельно изобрела для себя ядерные реакторы…