Карьер для добычи урановой руды в Габоне близ города Окло

Ровно 40 лет назад состоялась первая международная конференция, посвященная итогам изучения уникального природного ядерного реактора на юго-западе Экваториальной Африки. Этот геологический феномен открыли в Габоне, неподалеку от шахтерского городка Окло, 2 июня 1972 года прямо в теле уранового месторождения.

Срок работы − 500 000 лет

Как-то раз при обследовании уранового рудника в Габоне экспедиция французских геологов с изумлением выяснила, что около двух миллиардов лет назад здесь работал самый настоящий естественный ядерный реактор. Так на весь мир стал известно геологическое чудо, спрятанное в старом руднике Окло.

Каким же образом создались естественные условия для протекания цепной ядерной реакции? Когда-то все началось с того, что в речной дельте на прочном ложе из базальтовых пород отложился слой песчаника, богатого урановой рудой. В результате бесконечной череды землетрясений базальтовый фундамент погрузился глубоко в землю. Там на километровой глубине ураноносный песчаник растрескался, и в трещины стала поступать грунтовая вода. Прошли сотни миллионов лет, и песчаный пласт снова поднялся к поверхности.

Инженеры-атомщики объяснили геологам, что естественным регулятором цепной реакции служила вода. Когда она попадала в реактор, то тут же закипала и испарялась, в результате чего «атомный огонь» на время потухал.

На охлаждение реактора и накопление воды требовалось примерно 2,5 часа, а длительность активного периода составляла порядка получаса. Когда порода остывала, вода вновь просачивалась и запускала ядерную реакцию. И так, то вспыхивая, то угасая, реактор, мощность которого была в 200 раз меньше, чем у первой атомной электростанции в Обнинске, проработал около полумиллиона лет.

«Чикагская поленница», первый в мире ядерный реактор, запущенный в 1942 году

Несмотря на солидный срок исследования африканского геологического феномена, до сих пор остаются некоторые нерешенные вопросы. И главный: каким образом на протяжении полумиллиона лет природный реактор пережил землетрясения и поднятия-опускания земной коры? Ведь очевидно, что любое движение земных пластов тут же изменило бы «объем рабочей зоны». При этом либо ядерная реакция сразу же прекратилась бы, либо произошел бы атомный взрыв, бесследно уничтоживший геологический феномен…

Между тем и в данный момент Окло представляет собой действующее урановое месторождение. Те рудные тела, которые располагаются у поверхности, добывают карьерным методом, а те, что на глубине, - горными выработками.

«Чикагская поленница»

2 декабря 1942 года команда физиков из Чикагского университета во главе с лауреатом Нобелевской премии Энрико Ферми запустила первый в мире ядерный реактор, названный «Чикагской поленницей». Спустя 15 лет появились первые идеи возможности существования атомного реактора, созданного самой природой. Одним из первых разработкой гипотезы об природных реакторах занялся японский физик Пол Курода. Он долго безуспешно искал признаки естественных ядерных реакций в рудниковых залежах урана.

Когда открыли реактор Окло, возникли различные гипотезы о причинах этого странного явления. Одни утверждали, что месторождение было заражено отработанным топливом инопланетных космических аппаратов, другие считали его местом захоронения ядерных отходов, доставшихся нам в наследство от древних высокоразвитых цивилизаций.

Кроме поразительных деталей функционирования природного ядерного реактора весьма любопытно было бы узнать и судьбу его «радиоактивных отходов». Специалисты-радиохимики подсчитали, что реактор в Окло выработал около 6 тонн продуктов деления и 2,5 тонны плутония. При этом основная часть радиоактивных отходов оказалась заключена внутри кристаллической структуры минерала уранита, в рудных телах шахты Окло.

Естественный реактор наглядно продемонстрировал, как можно было бы строить ядерные могильники, безвредные для окружающей среды. Однако главным во влиянии естественной радиации на флору и фауну нашей планеты являются всяческие мутации.

От обезьяны - к человеку

Естественный реактор в Окло начал действовать во времена, когда на Земле появились первые многоклеточные организмы, которые тут же стали осваивать теплые водоемы и прибрежные зоны Мирового океана. Эволюционное учение, основанное на фундаментальной теории великого Дарвина, предполагает плавный переход от морских растений и животных к наземным. Однако некоторые палеонтологические находки плохо укладываются в традиционные воззрения, подтверждая гипотезы об эволюционных «скачках» и «прыжках». Некоторые палеонтологи упорно настаивают, что в разные исторические периоды как бы ниоткуда неожиданно возникали совершенно новые виды живых организмов.

Как об альтернативной оценке событий того далекого времени можно упомянуть и о следующем мнении, связанном с последствиями работы природного реактора. Предполагается, что природный ядерный реактор мог привести к многочисленным мутациям живых организмов, подавляющее большинство которых вымерли как нежизнеспособные. Некоторые палеонтологи считают, что именно высокая радиация вызвала неожиданные мутации у бродивших неподалеку африканских человекообразных обезьян и подтолкнула их эволюцию в сторону современного человека.

Мертвое пятно и радиационные мутанты

Вполне возможно, что в те далекие времена естественные очаги цепных реакций встречались довольно часто, поэтому изредка не только включались природные реакторы, но и происходили атомные взрывы. Конечно, такое радиационное воздействие должно было как-то отражаться на формирующейся биосфере нашей планеты. Высокая радиация губительна для любой жизни, однако в случае с природными реакторами дело обстоит гораздо сложнее. Действительно, вблизи, а тем более над реактором, должно было образоваться мертвое пятно (вспомним загадочные «геопатогенные» зоны), где любая флора и фауна будет уничтожена ионизирующим излучением реакторной зоны. Но по краям опасной зоны уровни радиации могли бы изменить ситуацию на противоположную - излучение здесь не будет убивать, а вызовет череду генных мутаций.

Урановая руда, добытая из шахты Окло

Среди радиационных мутантов могли быть очень необычные существа, вносившие большое разнообразие в окружающую природу и ускоряющие эволюционное развитие. Получается, что недалеко от природных источников радиации должно было наблюдаться невиданное разнообразие жизни.

Более того, потоки радиации от естественных реакторов и взрывов могли бы прояснить, как начиналась жизнь на Земле. Биологи-эволюционисты, биофизики и биохимики давно уже высказывают осторожные догадки, что для запуска жизненных процессов в первоклетке нужен был какой-то достаточно мощный энергетический импульс. Этот поток внешней энергии мог бы разорвать химические связи таких элементов, как углерод, азот, водород и кислород. Затем эти элементы могли бы вступить в реакции друг с другом и образовать первые сложные органические молекулы. Раньше считалось, что такой толчок мог бы дать импульс электромагнитной энергии, скажем, в виде сильного молниевого разряда. Однако в последние годы все чаще встречаются идеи о том, что куда лучше молнии с организацией подобного энергоимпульса могли бы справиться мощные природные источники радиации.

Ацидалийский феномен

Недавно марсоход «Кьюриосити» сделал неожиданное открытие. Все началось с того, что в ходе плановых исследований марсианский ровер нашел на поверхности Красной планеты следы… ядерного пепла.

Этот загадочный факт тут же породил гипотезу, что несколько сотен миллионов лет назад на Марсе произошла крупномасштабная ядерная катастрофа. Некоторым образом взорвался природный реактор, засыпавший обширные просторы планеты радиоактивной пылью и обломками. При этом основным аргументом выступает факт реализации подобного «ядерного сценария» на Земле, в Окло.

Может быть, около миллиарда лет назад гигантский ядерный реактор сформировался и действовал в северной части марсианского Ацидалийского моря. Вероятно, марсианский реактор не имел достаточно эффективного регулятора и однажды взорвался, выбросив значительное количество радиоактивных веществ.

Скорее всего, «Ацидалийский феномен» залегал на значительной глубине, не менее километра, где и находилось обширное рудное тело из концентрированного урана, тория и калия. Судя по всему, древний Марс был в тектоническом плане довольно спокойной планетой с крайне незначительным движением литосферных плит. Поэтому радиоактивное рудное тело очень долго находилось в покое и в нем протекали ядерные реакции.

Марсоход «Кьюриосити» нашел на Марсе следы ядерного пепла

Расчеты показывают, что марсианский атомный взрыв сопоставим с падением на поверхность планеты 30-километрового астероида. Однако, в отличие от астероидного удара, очаг взрыва находился ближе к поверхности, и впадина, образованная им, была значительно меньше по глубине, чем ударные кратеры.

Регион с повышенной концентрацией тория залегает на северо-западе Ацидалийского моря в широкой и мелкой впадине. Содержание следов тория и радиоактивных изотопов калия указывает, что ядерная катастрофа произошла несколько сотен миллионов лет назад, в середине или конце Амазонийской эры. На эту катастрофу указывает также присутствие в атмосфере планеты изотопов аргон-40 и ксенон-129, возникающих в результате ядерных реакций.

Многие планетологи выражают большое сомнение в реальности марсианской атомной катастрофы. Так, они отмечают, что нынешние геологические условия как на Марсе, так и на Земле не испытывали резких изменений в течение тысячелетий. По мнению геофизиков и геохимиков, особенности марсианской 0поверхности, открытые в ходе миссии NASA, могут быть связаны с самыми обычными геологическими процессами, не имеющими ядерной основы.

Многое предложенное нам природой само по себе пока совершеннее и проще того, что планирует изготовить человек, поэтому исследователи изучают, в первую очередь, то, что предлагает нам природа.

Но в том, о чем пойдет разговор в этой статье, произошло все ровным счетом наоборот.

2 декабря 1942 года команда ученых Чикагского университета под руководством нобелевского лауреата Энрико Ферми создала первый рукотворный ядерный реактор. Это достижение держалось в секрете в период Второй мировой войны, как часть так называемого "Манхэттенского проекта" по созданию атомной бомбы.

Спустя 15 лет после создания человеком реактора расщепления учёные задумались о возможности существования атомного реактора, созданного самой природой. Первая официальная публикация на тему принадлежит перу японского профессора Пола Куроды (1956 год), который установил подробные требования для любых вероятных естественных реакторов, если таковые существуют в природе.

Ученый в деталях обрисовал это явление, и его описание до сих пор считается лучшим (классическим) в ядерной физике:

1. Приближенный возрастной диапазон образования естественного реактора
2. Необходимая концентрация урана в нем
3. Требуемое соотношение в нем изотопов урана - 235 U/ 238 U

Несмотря на тщательно проведенное исследование, Пол Курода не смог подыскать для своей модели пример естественного реактора среди имеющихся на планете месторождений урановой руды.

Маленькая, но критическая деталь, которую упустил из вида ученый - это возможность участия воды в качестве замедлителя цепной реакции. Он также не догадался о том, что определенные руды могут быть настолько пористы, что удерживают в себе необходимое количество воды, чтобы замедлить скорость нейтронов и поддержать реакцию.

Ученые утверждали, что только человек способен создать ядерный реактор, однако природа оказалась изощреннее.

Естественный ядерный реактор был обнаружен 2 июня 1972 года французским аналитиком Бужигесом на юго-востоке Габона в западной Африке, прямо в теле уранового месторождения.

А произошло открытие так.

Во время проведения рутинных спектрометрических исследований коэффициента содержания изотопов 235 U/ 238 U в руде с месторождения Окло в лаборатории французского уранообогатительного завода Пьеррлатт ученый-химик обнаружил небольшое отклонение (в 0,00717, по сравнению с нормой в 0,00720).

Для природы характерна стабильность изотопного состава различных элементов. Он неизменен на всей планете. В природе, конечно, протекают процессы распада изотопов, но тяжелым элементам это не свойственно, потому что разница в их массах недостаточна, для того чтобы данные изотопы делились в ходе каких-либо геохимических процессов. Но в месторождении Окло изотопный состав урана был нехарактерным. Этого маленького различия было достаточно, для того чтобы заинтересовать ученых.

Сразу появились различные гипотезы о причинах странного явления. Одни утверждали, что месторождение было заражено отработанным топливом инопланетных космических аппаратов, другие считали его местом захоронения ядерных отходов, доставшихся нам в "наследство" от древних высокоразвитых цивилизаций. Тем не менее, детальные исследования показали, что столь необычное соотношение изотопов урана образовалось естественным путем.

Вот какова смоделированная история этого "чуда природы".

Заработал реактор около двух миллиардов лет назад во времена протерозоя. Протерозой щедр на открытия. Именно в протерозое были разработаны основные принципы существования живой материи и развития жизни на Земле. Появились первые многоклеточные организмы и начали осваивать прибрежные воды, количество свободного кислорода в атмосфере Земли достигло 1%, и появились препосылки для бурного расцвета жизни, произошел переход от простого деления к половому размножению.

И вот, в столь важное для Земли время появляется и наш "ядерный природный феномен".

Все-таки удивительно, что в мире не найдено больше ни одного аналогичного реактора. Правда, по некоторым сведениям, следы похожего реактора найдены в Австралии. Объяснить это можно только тем, что в далекий кембрийский период Африка и Австралия представляли собой единое целое. Еще одна окаменелая реакторная зона также была обнаружена в Габоне, но в другом месторождении урана - в Бангомбе, в 35 километрах к юго-востоку от Окло.

На Земле известны урановые месторождения того же возраста, в которых, однако, ничего похожего не происходило. Вот только самые известные из них: Девилз-Хоул и Рэйниер-Мейса в штате Невада, Пенья-Бланка в Мексике, Бокс-Кэньон в Айдахо, Каймакли в Турции, Шове-Кав во Франции, Сигар-Лейк в Канаде и Оуэнс-Лейк в Калифорнии.

По-видимому, в протерозое в Африке возникли ряд уникальных условий, необходимых для запуска естественного реактора.

Каков же механизм столь удивительного процесса?

Вероятно, сначала в некой впадине, возможно, в дельте древней реки, образовался богатый урановый рудой слой песчаника, который покоился на крепком базальтовом ложе. После очередного землетрясения, обычного в ту эпоху, базальтовый фундамент будущего реактора опустился на несколько километров, потянув за собой урановую жилу. Жила растрескалась, в трещины проникла грунтовая вода. При этом уран охотно мигрирует с водой, содержащей большое количество кислорода, то есть в окислительной обстановке.

Насыщенная кислородом вода пробирается сквозь толщу горной породы, вымывает из нее уран, увлекает его за собой и постепенно расходует содержащийся в ней кислород на окисление органики и двухвалентного железа. Когда запас кислорода исчерпан, химическая обстановка в земных глубинах из окислительной становится восстановительной. "Странствие" урана после этого завершается: он отлагается в горных породах, накапливаясь на протяжении многих тысячелетий. Затем очередной катаклизм поднял фундамент до современного уровня. Такой схемы придерживаются многие ученые, в том числе и предложившие ее.

Как только масса и толщина слоев, обогащённых ураном, достигла критических размеров, в них возникла цепная реакция, и "агрегат" заработал.

Несколько слов следует сказать и о самой цепной реакции, которая является следствием сложных химических процессов, проходящих в "природном реакторе". Легче всего расщепляются ядра 235 U, которые, поглощая нейтрон, делятся на два фрагмента расщепления и испускают при этом два-три нейтрона. Изгнанные нейтроны могут, в свою очередь, быть поглощены другими урановыми ядрами, провоцируя нарастание распада.

Такая самоподдерживающаяся реакция управляема, чем и воспользовались люди, создавшие ядерный реактор расщепления. В нем контроль осуществляется при помощи управляющих стержней (произведенных из хорошо поглощающих нейтроны материалов, например, из кадмия), спускаемых в "горячую зону". В своем реакторе Энрико Ферми использовал именно такие кадмиевые пластины для регуляции ядерной реакции. Реактор же в Окло никем не управлялся в обычном понимании этого термина.

Цепная реакция сопровождается выделением большого количества тепла, поэтому до сих пор было неясно, почему природные реакторы в Габоне не взрывались, а реакции саморегулировались.

Ныне ученые уверены, что знают ответ. Исследователи из Вашингтонского университета считают, что взрывов не случалось благодаря присутствию горных водных источников. В различных реакторах, созданных человеком, в качестве замедлителя используется графит, необходимый для поглощения испускаемых нейтронов и поддержания цепной реакции, а в Окло роль замедлителя реакции исполняла вода. Когда в природный реактор попадала вода, она закипала и испарялась, в результате чего цепная реакция на время приостанавливалась. На охлаждение реактора и накопление воды требовались примерно два с половиной часа, а длительность активного периода составляла порядка 30 минут, сообщаетNature .

Когда порода остывала, вода вновь просачивалась и запускала ядерную реакцию. И так, то вспыхивая, то угасая, реактор, мощность которого составляла порядка 25 кВт (что в 200 раз меньше, чем у самой первой атомной электростанции), проработал приблизительно 500 тысяч лет.

В Окло, как и на всей остальной Земле и в Солнечной системе в целом, два миллиарда лет назад относительное содержание изотопа 235 U в урановой руде составляло 3000 на миллион атомов. В настоящее же время образование на Земле ядерного реактора естественным путём уже невозможно, поскольку в природном уране ощущается нехватка 235 U.

Есть и еще целый ряд условий, выполнение которых обязательно для запуска природной реакции расщепления:

1. Высокая общая концентрация урана
2. Низкая концентрация поглотителей нейтронов
3. Высокая концентрация замедлителя
4. Минимальная или критическая масса для запуска реакции расщепления

Кроме того, что природой был запущен сам механизм естественного реактора, не может не волновать и следующий, пожалуй, самый "насущный" для мировой экологии вопрос: что же произошло с отходами естественной ядерной "энергостанции"?

В результате работы природного реактора образовалось около шести тонн продуктов деления и 2,5 тонны плутония. Основная масса радиоактивных отходов "захоронена" внутри кристаллической структуры минерала уранита, который обнаружен в теле руд Окло.

Неподходящие по размерам ионного радиуса элементы, которые не могут проникнуть сквозь решетку уранита, либо взаимопроникают, либо выщелачиваются.

Оклинский реактор "поведал" человечеству о том, как можно захоронить ядерные отходы так, чтобы это могильник был безвреден для окружающей среды. Есть свидетельства того, что на глубине свыше ста метров при отсутствии несвязанного кислорода практически все продукты ядерных захоронений не вышли за границы рудных тел. Зарегистрированы перемещения только таких элементов, как йод или цезий. Это дает возможность провести аналогию между природными процессами и технологическими.

Самое пристальное внимание защитников окружающей среды привлекает проблема миграции плутония. Известно, что плутоний практически целиком распадается до 235 U, поэтому его неизменное количество может говорить о том, что избытка урана нет не только вне реактора, но также и вне гранул уранита, где образовывался плутоний во время активности реактора.

Плутоний - достаточно чужеродный элемент для биосферы, и встречается он в мизерной концентрации. Наряду с некоторым количеством в руде урановых месторождений, где он впоследствии распадается, немного плутония образуется из урана при взаимодействии с нейтронами космического происхождения. В малых количествах уран может встречаться в природе в различных концентрациях в абсолютно различных естественных средах - в гранитах, фосфоритах, апатитах, морской воде, почве и др.

В данный момент Окло - действующее урановое месторождение. Те рудные тела, которые располагаются у поверхности, добывают карьерным методом, а те, что на глубине, горными выработками.

Из семнадцати известных ныне ископаемых реакторов девять полностью засыпаны (недоступны).
Реакторная зона 15 - единственный реактор, который доступен через тоннель в шахте реактора. Остатки ископаемого реактора 15 ясно различимы как легкая серо-желтая цветастая скала, которая сложена, главным образом, из окиси урана.

Светлые цветные полоски в скалах выше реактора - это кварц, который выкристализовался из горячих подземных водных источников, циркулировавших в период активности реактора и после его угасания.

Однако как об альтернативной оценке событий того далекого времени можно упомянуть и о следующем мнении, связанном с последствиями работы природного реактора. Предполагается, что природный ядерный реактор мог привести к многочисленным мутациям живых организмов в том регионе, подавляющее большинство которых вымерли как нежизнеспособные. Некоторые палеоантропологи считают, что именно высокая радиация вызвала неожиданные мутации у бродивших как раз неподалеку африканских предков человека и сделала их людьми (!).

Одна из гипотез об инопланетном происхождении человека гласит, что в незапамятные времена Солнечную систему посетила экспедиция расы из центральной области галактики, где звезды и планеты гораздо старше, а следовательно, и жизнь зародилась там значительно раньше.

Сперва космические путешественники обосновались на Фаэтоне, некогда располагавшемся между Марсом и Юпитером, однако развязали там ядерную войну, и планета погибла. Остатки этой цивилизации обжили Марс, но и там атомная энергия погубила большую часть населения. Тогда оставшиеся колонисты прибыли на Землю, став нашими далекими предками.

Это теорию, возможно, подтверждает удивительное открытие, сделанное 45 лет назад в Африке. В 1972 году одна французская корпорация добывала на руднике Окло в Габонской Республике урановую руду. Тогда в ходе проведения стандартного анализа образцов руды специалисты обнаружили сравнительно большую недостачу урана-235 – отсутствовало более 200 килограммов данного изотопа. Французы моментально забили тревогу, поскольку пропавшего радиоактивного вещества хватило бы для изготовления не одной атомной бомбы.

Однако дальнейшее расследование показало, что концентрация урана-235 в габонском руднике настолько же низка, как в отработанном топливе реактора атомной электростанции. Неужели это своеобразный ядерный реактор? Анализ рудных тел в необычном месторождении урана показал, что деление ядер происходило в них еще 1,8 миллиарда лет назад. Но как это возможно без участия человека?

Природный ядерный реактор?

Спустя 3 года в габонской столице Либревиле прошла научная конференция, посвященная феномену Окло. Наиболее смелые ученые посчитали тогда, что загадочный ядерный реактор является результатом деятельности древней расы, которой была подвластна атомная энергетика. Тем не менее, большинство присутствовавших сошлись во мнении, что рудник является единственным на планете «природным ядерным реактором». Мол, он запустился многие миллионы лет сам по себе в силу естественных условий.

Люди официальной науки предполагают, что на прочном базальтовом ложе в дельте реки отложился слой богатого радиоактивной рудой песчаника. Благодаря тектонической активности в этом регионе базальтовый фундамент с ураноносным песчаником был погружен на несколько километров в землю. Песчаник якобы растрескался, и в трещины проникли грунтовые воды. Ядерное топливо располагалось в руднике компактными залежами внутри замедлителя, которым послужила вода. В глинистых «линзах» руды концентрация урана повысилась с 0,5 процента до 40 процентов. Толщина и масса слоев в определенный момент достигли критической отметки, произошла цепная реакция, и «природный реактор» заработал.

Вода, являясь естественным регулятором, поступала в активную зону и запускала цепную реакцию деления ядер урана. Выбросы энергии приводили к испарению воды, и реакция останавливалась. Однако спустя несколько часов, когда активная зона созданного природой реактора остывала, происходило повторение цикла. Впоследствии, предположительно, случился новый природный катаклизм, который приподнял данную «установку» до изначального уровня, или уран-235 просто-напросто выгорел. И работа реактора прекратилась.

Ученые подсчитали, что под землей хоть и вырабатывалась энергия, но ее мощность была невелика – не более 100 киловатт, чего хватило бы для работы нескольких десятков тостеров. Однако сам факт, что в природе самопроизвольно произошла выработка атомной энергии, впечатляет.

Или все же ядерный могильник?

Впрочем, многие специалисты не верят в такие фантастические совпадения. Первооткрыватели атомной энергии давно доказали, что ядерная реакция может быть получена исключительно искусственным путем. Естественная среда слишком нестабильна и хаотична для поддержания такого процесса миллионы и миллионы лет.

Поэтому многие эксперты убеждены, что речь идет не о ядерном реакторе в Окло, а о ядерном могильнике. Это место действительно больше напоминает захоронение отработанного уранового топлива, причем захоронение идеально оборудованное. Замурованный в базальтовый «саркофаг» уран сотни миллионов лет хранился под землей, и только вмешательство человека стало причиной его появления на поверхности.

Но раз существует могильник, то значит — был и реактор, который вырабатывал ядерную энергию! То есть кто-то, кто населял нашу планету 1,8 миллиарда лет тому назад, уже обладал технологией атомной энергетики. Куда же все это подевалось?

Если верить альтернативным историкам, наша технократическая цивилизация является отнюдь не первой на Земле. Есть все основания полагать, что и раньше существовали высокоразвитые цивилизации, которые использовали ядерную реакцию для получения энергии. Однако, как и человечество сейчас, наши далекие предки превратили эту технологию в оружие, а затем и погубили себя им. Возможно, что наше будущее тоже предопределено, и спустя пару миллиардов лет потомки нынешней цивилизации будут наталкиваться на оставленные нами захоронения ядерных отходов и удивляться: откуда они взялись?..

Феномен Окло заставляет вспомнить высказывание Э. Ферми, построившего первый ядерный реактор, и П.Л. Капицы, которые независимо друг от друга утверждали, что только человек способен создать нечто подобное. Однако древний природный реактор опровергает эту точку зрения, подтверждая мысль А. Эйнштейна о том, что Бог более изощрен...

С.П. Капица

В 1945 г. японский физик П.К. Курода, потрясенный увиденным в Хиросиме, впервые предположил возможность самопроизвольного процесса деления ядер в природе. В 1956 г. в журнале «Nature» он опубликовал маленькую, всего на страницу, заметку. В ней коротко излагалась теория природного ядерного реактора.

Для инициирования деления тяжелых ядер необходимы три условия будущей цепной реакции:

• 1) горючее - 23э и;
• 2) замедлители нейтронов - вода, окислы кремния и металлов, графит (сталкиваясь с молекулами этих веществ, нейтроны растрачивают свой запас кинетической энергии и из быстрых превращаются в медленные);
• 3) поглотители нейтронов, среди которых - осколочные элементы и сам уран.

Преобладающий в природе изотоп 238 U может делиться под действием быстрых нейтронов, но нейтроны средней энергии (с большей энергией, чем медленные, и с меньшей, чем быстрые) его ядра захватывают и при этом не распадаются, не делятся.

При каждом делении ядра 235 U, вызванном столкновением с медленным нейтроном, образуются два-три новых быстрых нейтрона. Чтобы вызвать новое деление 23э и, они должны стать медленными. Часть быстрых нейтронов замедляется соответствующими материалами, другая часть выбывает из системы. Замедленные нейтроны частично поглощаются редкоземельными элементами, всегда присутствующими в урановых месторождениях и образующимися при делении ядер урана - вынужденном и спонтанном. Например, гадолиний и самарий относятся к числу самых сильных поглотителей тепловых нейтронов.

Для осуществления устойчивого протекания цепной реакции деления 235 U необходимо, чтобы коэффициент размножения нейтронов не опускался меньше 1. Коэффициент размножения (Кр) это отношение остатка нейтронов к их первоначальному числу. Если Кр = 1, в урановом месторождении устойчиво протекает цепная реакция, если Кр > 1, месторождение должно самоуничтожиться, рассеяться, может даже взорваться. При Кр

Для выполнения трех условий необходимо: во-первых, чтобы месторождение было древним. В настоящее время в природной смеси изотопов урана концентрация 23э и составляет всего 0,72%. Не многим больше она была и 500 млн, и 1 млрд лет назад. Поэтому ни в одном месторождении моложе 1 млрд лет не могла начаться цепная реакция, независимо от общей концентрации урана или воды-замедлителя. Период полураспада 235 и около 700 млн лет. Концентрация этого изотопа урана в природных объектах 2 млрд лет назад составляла 3,7%, 3 млрд лет - 8,4%, 4 млрд лет -19,2%. Именно миллиарды лет назад горючего для природного ядерного реактора было достаточно.

Древность месторождения - необходимое, но недостаточное условие действия природных реакторов. Другое, также необходимое условие - присутствие здесь же воды в больших количествах. Вода, особенно тяжелая, - лучший замедлитель нейтронов. Неслучайно же критическая масса урана (93,5% 235 Г1) в водном растворе - меньше одного килограмма, а в твердом состоянии, в виде шара со специальным отражателем нейтронов - от 18 до 23 кг. Не меньше 15-20% воды должно было быть в составе урановой древней руды, чтобы в ней началась цепная реакция деления урана.

В июне 1972 г. в одной из лабораторий Комиссариата по атомной энергии Франции при приготовлении эталонного раствора природного урана, выделенного из руды уранового месторождения Окло, Габон (рис. 4.4), обнаружили отклонение изотопного состава урана от обычного: 235 и оказалось 0,7171% вместо 0,7202%. На протяжении следующих шести недель экстренно проанализировали еще 350 образцов и выявили, что из этого африканского месторождения во Францию доставляется урановая руда, обедненная изотопом 235 Г1. Оказалось, что за полтора года из рудника поступило 700 т обедненного урана, и общая недостача 23:> и в сырье, поступившем на атомные заводы Франции, составила 200 кг.

Французские исследователи (Р. Бодю, М. Нелли и др.) срочно опубликовали сообщение, что ими обнаружен природный ядерный реактор. Затем во многих журналах были приведены результаты всестороннего изучения необычного месторождения Окло.

Приблизительно 2 млрд 600 млн лет назад (Архейская эра) на территории нынешнего Габона и сопредельных с ним африканских государств образовалась огромная гранитная плита протяженностью во много десятков километров. Эту дату определили с помощью радиоактивных часов - по накоплению аргона из калия, стронция - из рубидия, свинца - из урана.

В течение последующих 500 млн лет эта глыба разрушалась, превращаясь в песок и глину. Они смывались реками и в виде осадков, насыщенных органическим веществом, слоями оседали в дельте древней громадной реки. За десятки миллионов лет толщи осадков настолько увеличились, что нижние слои оказались на глубине в несколько километров. Сквозь них просачивались подземные воды, в которых были растворены соли, в том числе немного солей уранила (ион иОу +). В слоях, насыщенных органическим веществом, были условия для восстановления шестивалентного урана в четырехвалентный, который и выпадал в осадок. Постепенно много тысяч тонн урана отложилось в виде рудных «линз» размером в десятки метров. Содержание урана в руде достигло 30, 40, 50% и продолжало расти.

В какой-то момент сложились все условия, необходимые для начала цепной реакции, о которых рассказано выше, и природный реактор заработал. Концентрация изотопа 235 и составляла в то время 4,1%. В сотни миллионов раз вырос поток нейтронов. Это привело не только к выгоранию 23э и, месторождение Окло оказалось скопищем многих изотопных аномалий. В результате работы природного

Рис. 4.4.

реактора образовалось около 6 т продуктов деления и 2,5 т плутония. Основная масса радиоактивных отходов «захоронена» внутри кристаллической структуры минерала уранита, который обнаружен в теле руд Окло.

Оказалось, что природный реактор работал приблизительно 500 тыс. лет. По выгоранию изотопов была рассчитана и энергия, вырабатываемая природным реактором, - 13000000 кВт, в среднем всего 25 кВт/ч: в 200 раз меньше, чем у первой в мире АЭС, давшей в 1954 г. электроэнергию подмосковному городу Обнинску. Этой энергии, однако, хватило, чтобы температура месторождения Окло достигла 400-600 °С. Ядерных взрывов в месторождении не было. Это, вероятно, объясняется тем, что природный реактор Окло был саморегулирующимся. Когда Кр нейтронов приближался к единице, температура повышалась, и вода - замедлитель нейтронов - уходила из зоны реакции. Реактор останавливался, остывал, и вода снова насыщала руду - опять возобновлялась цепная реакция. Время периодической работы реактора до остановки - около 30 мин, время остывания реактора - 2,5 ч.

В настоящее время образование природного ядерного реактора на Земле невозможно, но ведутся поиски остатков других природных ядерных реакторов.