Prirodni nuklearni reaktori: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
m RpA: WP:NI, WP:HRV |
Opis raziskav, ki so pripeljale do odkritja reaktorjev Oklo Oznake: uklonjeno uređivanje VisualEditor |
||
Redak 7:
Rudnik Oklo ima 16 različitih područja, na kojima su pronađeni tragovi samoodržavajuće nuklearne lančane reakcije, koja se dogodila prije oko 2 milijarde godina i trajala je stotinama tisuća godina, a razvijala je [[snaga|snagu]] oko 100 [[vat|kW]].<ref> Meshik A. P.: "The Workings of an Ancient Nuclear Reactor |journal=Scientific American" [http://www.sciam.com/article.cfm?id=ancient-nuclear-reactor] 2005.</ref><ref> Gauthier-Lafaye F., Holliger P.; Blanc, P.-L.: "Natural fission reactors in the Franceville Basin, Gabon: a review of the conditions and results of a "critical event" in a geologic system", journal=Geochimica et Cosmochimica Acta, 1996.</ref>
== Odkritje reaktorjev Oklo ==
[[Datoteka:Plaque spectro de masse OKLO 311.jpg|alt=Plošča masnega spektrometra OKLO 311|mini|925x925px|Fotografska plošča, pridobljena z analizo vzorca uranove rude (OKLO 311) na masnem spektrometru z iskrivim vžigom, ki pokaže vse izotope, prisotne v vzorcu.]]
Fenomen Oklo so leta 1972 odkrili v laboratoriju tovarne za bogatenje urana Pierrelatte v Franciji. Rutinske analize vzorca naravnega urana so pokazale rahlo, vendar neobičajno pomanjkanje urana 235 (<sup>235</sup>U) . Normalni delež <sup>235</sup>U je 0,7202 %, v tem vzorcu pa je bil le 0,7171 %. Ker so količine cepljivih izotopov natančno katalogizirane, je bilo treba to razliko pojasniti, zato je CEA začela preiskavo na vzorcih iz vseh rudnikov v Franciji, Gabonu in Nigru, ki jih upravlja CEA, ter na vseh stopnjah predelave
rude in čiščenja urana.
Pri analizah vsebnosti urana in <sup>235</sup>U se proizvodni oddelek CEA zanaša na laboratorij za analize v tovarni Pierrelatte in na centralni laboratorij za analize in nadzor CEA v centru CEA Cadarache, ki ga vodi Michèle Neuilly in v katerem je Jean François Dozol odgovoren za analize z masnim spektrometrom.
Analize, opravljene v Pierrelatte in Cadarache, so pokazale, da imajo magnezijevi uranati iz Gabona spremenljiv, vendar stalen primanjkljaj <sup>235</sup>U. Raziskovalci v CEA Cadarache so 7. julija 1972 odkrili anomalijo v uranovi rudi iz Okla v Gabonu. Vsebnost <sup>235</sup>U je bila veliko nižja od običajno ugotovljene7. Izotopske analize so določile vir pomanjkanja <sup>235</sup>U: osiromašeni uran je izhajal iz rude Oklo, ki jo je kopala družba COMUF. V laboratorijih Cadarache in Pierrelatte je bila nato izvedena kampanja sistematičnih analiz (meritve vsebnosti urana, meritve izotopske vsebnosti). V vzorcih Oklo so analitiki Cadarache ugotovili pomanjkanje <sup>235</sup>U v magnezitnem uranatu iz tovarne Mounana (<sup>235</sup>U = 0,625 %) in še večje pomanjkanje v magnezitnem uranatu (Oklo M) (<sup>235</sup>U = 0,440 %): v rudah Oklo 310 in 311 je vsebnost urana 12 % oziroma 46 %, vsebnost 235U pa 0,592 % in 0,625 %.<ref>{{Citiranje weba|last=Naudet|first=Roger|date=iaea.org, Agence internationale de l'énergie atomique (consulté le 30 juin 2020).|title=Le phénomène d'Oklo|url=https://www.google.com/search?q=Roger+Naudet%2C+%C2%AB+Le+ph%C3%A9nom%C3%A8ne+d%27Oklo+%5Barchive%5D+%C2%BB+%5BPDF%5D%2C+sur+iaea.org%2C+Agence+internationale+de+l%27%C3%A9nergie+atomique+|url-status=live}}</ref>
Glede na to je J. F. Dozol dal pobudo za analizo vzorcev magnezijevega uranata in rude iz Okla na masnem spektrometru AEI MS 702 (SMSE).
Prednost SMSE je, da lahko proizvaja velike količine ionov iz vseh elementov, ki so prisotni v elektrodah. Elektrodi, med katerima nastane iskra, morata biti prevodni (da bi to dosegli, so bili vzorci Oklo pomešani z zelo čistim srebrom). Vsi izotopi v vzorcu, od litija do urana, se izrišejo na fotografski plošči (glej fotografijo plošče spodaj). Ob pregledu plošče je J. F. Dozol opazil zlasti rudo Oklo 311 z zelo visoko vsebnostjo urana:
elemente, ki so v znatnih količinah prisotni okoli mas 85-105 in 130-150, ki ustrezata obema grboma v cepitvenih izkoristkih <sup>235</sup>U. (Porazdelitev mas cepitvenih produktov sledi krivulji "kamelijine grbe" z dvema maksimumoma);
zadnjih lantanoidov (od holmija do lutecija) ne zaznamo (nad maso 166). V naravi najdemo vseh 14 lantanoidov; v jedrskem gorivu, ki je bilo podvrženo cepitvenim reakcijam, izotopov zadnjih lantanoidov ne zaznamo.<ref>{{Citiranje weba|last=Dozol|first=Jean François|date=Radiat Prot Dosimetry 2023 Nov 2;199(18):2258-2261.doi: 10.1093/rpd/ncad014|title=From routine sample measurements in CEA to the Oklo phenomenon|url=https://www.google.com/search?client=firefox-b-d&q=From+routine+sample+measurements+in+CEA+to+the+Oklo+phenomenon|url-status=live}}</ref>
Naslednji korak je izotopska analiza nekaterih elementov na termionizacijskem masnem spektrometru po kemičnem ločevanju neodima in samarija. Iz prvih analiz m uranata Oklo in rude Oklo 311 je razvidno, da je izotopska sestava neodima in samarija veliko bližje tisti, ki jo najdemo v obsevanem gorivu, kot tisti v naravnem elementu. Odkritje izotopov <sup>142</sup>Nd in <sup>144</sup>Sm, ki ne nastanejo pri cepitvi, kaže, da sta ta elementa prisotna tudi v naravnem stanju, od katerega je mogoče odšteti njun prispevek.
Ti rezultati so bili posredovani Jean Claude Nimal, nevtronskemu znanstveniku pri CEA Saclay, ki je ocenil nevtronski tok, ki ga je prejel analizirani vzorec, na podlagi primanjkljaja <sup>235</sup>U. To je omogočilo oceno zajetja nevtronov z izotopoma <sup>143</sup>Nd in <sup>145</sup>Nd, kar je povzročilo dodatno tvorbo <sup>144</sup>Nd oziroma <sup>146</sup>Nd. Ta presežek je treba odšteti, da dobimo cepitvene izkoristke <sup>235</sup>U. Vidimo lahko (glej spodnjo tabelo), da obstaja skladnost med cepitvenimi izkoristki (M) in rezultati, popravljenimi (C) za prisotnost naravnega neodima in zajetja nevtronov:<ref>{{Citiranje weba|last=Nimal|first=Jean Claude|date=Radiat Prot Dosimetry 2023 Nov 2;199(18):2262-2268. doi: 10.1093/rpd/ncad043.|title=Oklo: historic and lessons learned|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37934999/|url-status=live}}</ref>
{| class="wikitable"
|Izotopi neodima
|143
|144
|145
|146
|148
|150
|-
|C/M
|0,99
|1,00
|1,00
|1,01
|0,98
|1,06
|}
===Izotopi neodimija===
Line 23 ⟶ 57:
Nuklearna fisija stvara pet poznatih izotopa plina [[ksenon]]a i svi su ono pronađeni u području prirodnog nuklearnog reaktora. Koncentracija ksenonovih izotopa je omogućila da se izračuna trajanje vremena perioda rada nuklearnog reaktora: nakon 30 minuta zagrijavanja, nastupilo bi 2,5 sati hlađenja i tako svakih 3 sata.<ref> Meshik A. P.: "Record of Cycling Operation of the Natural Nuclear Reactor in the Oklo/Okelobondo Area in Gabon", journal=Physical Review Letters, 2004.</ref>
Odlučujući utjecaj da se prirodna nuklearna reakcija uopće pojavila, je bila da je prije 2 milijarde godina u rudnicima bilo oko 3% izotopa uranija-235 ([[obogaćeni uranij]]), što imamo i u današnjem nuklearnom gorivu. Budući da vrijeme poluraspada
Rudnik Oklo u Gabonu je jedino poznato mjesto u svijetu, gdje su pronađeni dokazi da se pojavio prirodni nuklearni reaktor. Osim povoljne kombinacije mineralnih sirovina uranija, podzemne vode i nekih drugih uvjeta, bitno je u to vrijeme bio i sadržaj [[kisik]]a u [[Zemljina atmosfera|Zemljinoj atmosferi]]. Da bi se pokrenuo prirodni nuklearni reaktor, trebalo je i više od 3%
Procijenjeno je da je u mineralnim žicama [[rudnik]]a Oklo, debljine od centimetar do metar, potrošeno oko 5 tona
== Izvori ==
| |||