A víz szabályozta az ős-atomerőművet

A nukleáris energia Afrikában jelent meg először 2 milliárd évvel ezelőtt. Most a tudósok úgy vélik sikerült megfejteniük, hogyan játszottak közre a geológiai folyamatok egy 100 kilowattos atomerőmű megfelelőjének létrehozásában és működtetésében.

Az erőmű 150 000 éven keresztül háromóránként állított elő energia impulzusokat úgy, hogy nem csupán biztonságosan üzemelt, de a keletkező gázokat sem engedte kiszökni a légkörbe. A természetes nukleáris reaktorokat Gabon Oklo tartományában fedezték fel 1972-ben. A tudósok geológiai bizonyítékokat találtak arra, hogy az uránium az uránium érc lencse alakú ereiben önfenntartó fissziós láncreakción ment keresztül, heves hőhatást hozva létre. Ebben a folyamatban az uránium atomok radioaktív bomlásából neutronok szabadultak fel, maghasadások sorozatához és az energia, mint hő felszabadulásához vezetve. Ugyanígy állítja elő az energiát egy modern atomreaktor is.


A természetes nukleáris reaktorként működő képződmény kivülről
Mindez elég világos, a dolog rejtélye azonban abból adódott, hogy Oklo reaktorai miért nem rohantak bele egyenesen egy fékezhetetlen láncreakcióba, ami az erek leolvadásához vagy akár egy robbanáshoz is vezethetett volna. Az atomerőművekben a reakciót "moderátorok", a láncreakciót lelassító anyagok tartják féken, melyek elnyelik a neutronok hasadásának egy részét, vagy eltávolítva elősegítik azt.

Alex Meshnik és munkatársai a Washington Egyetemen bizonyítékot találtak arra, hogy az Oklo reaktorok ciklikusan be- és kikapcsoltak. A 30 perces aktív periódusokat körülbelül két és fél órás szunnyadó időszakok követték. A kutatók szerint ez a kőzetekben jelenlévő vízzel hozható összefüggésbe. Amikor egy uránmag maghasadáson megy át, a kilökött neutronok túl gyorsan haladnak ahhoz, hogy egy másik mag elnyelje, és hasadást indítson el, ezért nem alakulhatott ki láncreakció. A víz azonban lelassítja a neutronokat, az Oklo reaktorokban ez tette lehetővé, hogy tartós láncreakciók menjenek végbe.


Mindazonáltal a reakció idővel hőt hozott létre, ami minden vizet elpárologtatott. A reaktorok kiszáradtak, majd miután lehűltek és vizük a talajvízből az uránium erekbe beszivárogva utántöltődött, a folyamat kezdődhetett elölről. Meshnik és kollégái mindezt Oklo kőzeteinek xenon tartalmának méréséből vezették le, ami megőrizte a reaktorok működésének nyomait.

Az uránium fisszió egy radioaktív bomlási terméke a xenon. A xenon egy gáz, ezért azt gondolhatnánk, hogy amint létre jön, el is illan a forró ásvány erekből. A reaktorok azonban időről időre lehűltek, ami lehetővé tette a xenon számára, hogy megrekedjen a foszfát szemcsékben. A kutatók a xenon szintek mérésével számították ki milyen hosszúaknak kellett lenniük a hevítési és a lehűlési időszakoknak. Magában az uránium ásványokban nem találtak xenont, de a reaktor kőzeteiben lerakódott alumínium foszfát szemcsékben azonban sokat észleltek. Meshik elmondta, ezek a szemcsék "a természetben valaha fellelt legnagyobb xenon koncentrációval rendelkeznek".

A radioaktív xenon és a hozzá kapcsolódó kripton gáz a modern reaktorokban is képződik, azonban mindkettő a légkörbe kerül, ahol nincs igazán jó lehetőség a foglyul ejtésükre. Az Oklo reaktorokban azonban úgy tűnik, hogy megrekedtek a foszfát kristályos szerkezetének atomi méretű üregeiben. "Talán ebből kidolgozható lesz, hogyan kössük meg ezeket a gázokat napjaink atomerőműveiben" - mondta Meshnik