自然が2億年前に人間の助けなしに最初の原子炉を製造することができた方法

画像:Pixabay

ご存じないかもしれませんが、20億年近く前、地球上に人間のようなものがなかったとき、自然は自発的に核分裂のプロセスを実行することができました。その時起こったことは比較的最近発見されました。

フランスの核燃料処理工場で働いていた男が何か不審なことに気づいたのは1972年5月でした。男性は、明らかに正常な鉱物源に由来するウランのルーチン分析を行っていました。

すべての天然ウランの場合と同様に、調査中の材料には3つの同位体、つまり原子質量の異なる3つの形態が含まれていました。最も豊富な品種であるウラン238、最も希少なウラン234、およびウラン235です。核連鎖反応を持続できるため、切望されている同位体。

考慮すべき詳細がありました。地球の地殻の他の部分(月や隕石でも)では、ウラン235原子が0.72%を占めていますが、ガボン(赤道アフリカの元フランス植民地)のオクロ鉱床からのサンプルでは、西部)、ウラン235はわずか0.717%を構成しました。

ガボン。トイレ

私たちの日常生活では、この変化は非常に小さいので、重要ではありません。核燃料処理プラントでは、その小さな不一致は、フランスの科学者に何か奇妙なことが起こったことを警告するのに十分でした。

その後の分析では、鉱山の少なくとも一部の鉱石はウラン235で非常に不足していることが示されました。実際、約200キログラムが不足しているようで、半ダースの核爆弾を作るのに十分でした。

自然の核分裂反応器につながったガボンの地質学的状況。ウィキメディアコモンズ

事件の後、捜査官は数週間困惑した。しかし、その直後、誰かが19年前に発表された予測を思い出しました。1953年、カリフォルニア大学のGeorge W.Wetherillとシカゴ大学のMarkG。Inghramは、一部のウラン鉱床が、非常に人気が高まっている核分裂反応器の自然なバージョンとして機能した可能性があると指摘しました。当時の。

その後すぐに、アーカンソー大学の化学者であるポールK.黒田は、ウランの塊が自発的に分裂するのにかかる時間を計算しました。このプロセスでは、寄生中性子によってウラン235核が分裂し、より多くの中性子が生成され、核連鎖反応でこれらの原子の他の原子が分解されます。

黒田氏は、自然の核分裂というこのクレイジーな考えが真実であるためには、3つの条件を満たす必要があると述べました。まず、ウラン堆積物のサイズは、核分裂を誘発する中性子が移動する平均の長さを超える必要があります。この要件は、ある核分裂核から放出された中性子が、ウランから逃げる前に別の核分裂核によって吸収されることを保証するのに役立ちます。

酸化ウランの残骸は、オクロの黄色がかった岩として見えます。ポット

第二に、そのウラン235は十分な量で存在しなければなりませんでした。最後に、そして第三に、一種の中性子「モデレーター」が必要でした。これは、ウラン核が分裂したときに放出される中性子を遅くして、他のウラン核をよりよく誘導できる物質です。離脱する。

何よりも驚くべきことに、黒田の研究に基づいて、研究者たちは、20億年前(オクロと隣接するオケロボンドウラニウム鉱山内の16の別々の地域)の実際の状況が完全に正しいことを確認しましたプロセスを実行するために実行可能です。

物理学者は、異常なウランが発見された直後に、自然の分裂反応がオクロでのウラン235の枯渇の原因であるという基本的な考えを確認しました。議論の余地のない証拠は、重いコアが2つに壊れたときに作成された新しくて軽い要素の調査から来ました。これらの核分裂生成物の存在量は非常に高いことが証明されたため、他の結論は存在し得ませんでした。

Enrico Fermiと彼の同僚が1942年に示したものとよく似た核連鎖反応。1つの違いは、自然が約20億年前にそれを行ったことです。すごい。

核分裂は、中性子を分離し、原子力部門を搭載し、より中性子を放出し、核分裂性同位体に当たったときに発生します。中性子は他の原子に衝突し、それらは分解し、反応が続きます。

ウラン235が自然に分解するとき、その副産物の1つは自由中性子であるため、堆積物の反応を刺激する可能性があります。しかし、核反応が自立するためには、一種のモデレーター(黒田が言ったように)に囲まれている必要があります。それは、自由中性子が次の原子と衝突して反応を続ける可能性を高める材料です。もちろん、追加の中性子を吸収してプロセスを停止する材料で自分を取り囲むことはできません。

地球上に分布しているほとんどの原子力発電所と同様に、オクロ貯水池のモデレーターは水でした。地下水は貯水池に浸透し、反応が熱くなりすぎて一時的にすべてをシャットダウンすると蒸発しましたが、地球が冷えて水が反応器に戻ると、核反応が再開しました。

オクロの調査地域。ナグラブログ

このサイトを何年も研究している科学者たちは、これらのメインビートはおそらく数十万年続いたと信じています。つまり、リアクターがウラン235の多くを分割して、反応を継続するのに十分な燃料がなくなるまでです。それから、人間がやって来て、物理実験室を建設して原子を分割する前の数千年、原子炉は核分裂自体のように静かにそして自然に停止しました。

自然がこのプロセスを自発的に実行することができたということは信じられないほどです。これのおかげで、人は核廃棄物を排除する方法について学ぶことができます(そして非常に長期的には驚くべきことです)。

しかし、自然の原子炉はまた、同等以上の魅力的な(そして確かに不安な)質問の別のセットを提起します。最も重要なことは明らかだと思われます。そのようなプロセスが行われた世界でオクロが唯一の場所であるかどうかは誰にもわかりません。[ WikipediaScientificAmericanStanfordSciShow ]

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