16 июля 1945 года на полигоне Аломогордо, штат Нью-Мексико, было впервые испытано ядерное взрывное устройство. После прохождения ударной волны Энрико Ферми произнёс сакраментальную фразу: “Какая прекрасная физика!”. На что в ответ научный руководитель Манхеттенского проекта Роберт Оппенгеймер, поражённый мощью им созданной “штучки”, продекламировал фразу из Бхагавад-Гиты: ”Я приду смертью, разрушителем миров!….”.
Конечно, японский физик П.Курода, не мог слышать этих слов, но увидевший последствия атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, впервые задумался о том, не может ли подобный процесс деления ядер идти в природе. А если да, то не он ли порождает неукротимую энергию вулканов, землетрясений, цунами, которые периодически разрушают Страну восходящего солнца?
Хотя физика и является протонаукой (самой фундаментальной нукой), она тоже имеет аксиомы. В нашем случае это было утверждение Энрико Ферми, создавшего первый в мире реактор, что цепная реакция деления урана возможна только в специально созданных человеком условиях.
Никто не оспаривал Ферми, но идея была настолько привлекательной, что исследования шли volens nolens.
Поиски природного реактора вели и в США и в СССР. Американцы проводили точнейшие изотопные анализы, надеясь обнаружить хоть небольшое “выгорание” урана-235. К 1963 году США уже располагали сведениями об изотопном составе нескольких сотен урановых месторождений. Были изучены глубинные и поверхностные, древние и молодые, богатые и бедные месторождения урана. Исследователи из Арканзасского университета пытались найти в горячих источниках Йеллоустонского национального парка радиоактивные изотопы. Рассуждали так: вода этих источников подогревается неким источником энергии; если где-то в недрах действует природный ядерный реактор, в воду неизбежно просочатся осколки деления, в частности стронций-90. Следов цепной реакции найдено не было…
В СССР применили другой метод поисков природного ядерного реактора. Из каждых ста делений ядер урана-235 шесть приводят к образованию изотопов ксенона. Значит, при цепной реакции в урановых месторождениях должен накапливаться ксенон. Превышение концентрации ксенона и изменения его изотопного состава в урановой руде свидетельствовали бы о природном реакторе. Чувствительность советских масс-спектрометров позволяла обнаружить малейшие отклонения. Были исследованы многие урановые месторождения, но ни в одном не обнаружилось признаков природных ядерных реакторов.
В 1956 году тот же П.Курода разработал теорию природного ядерного реактора, то есть сформулировал условия, которые должны сложиться в рудном теле, чтобы возникла самоподдерживающася реакция деления.
Что для этого необходимо? Во-первых, чтобы месторождение было древним. Сейчас в природной смеси изотопов урана концентрация урана-235 всего 0,7%. Немногим больше она была и 500 миллионов, и миллиард 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 урана-235 около 700 млн. лет. Чем дальше в глубь веков, тем больше была концентрация изотопа уран-235. Два миллиарда лет назад она составляла 3,7%, 3 млрд. лет – 8,4%, 4 млрд. лет – целых 19,2%! Вот тогда, миллиарды лет назад, древнейшие месторождения урана были достаточно богатыми, готовыми вот-вот “вспыхнуть”.
Древность месторождения – необходимое, но не достаточное условие действия природных реакторов. Другое, также необходимое условие – присутствие здесь же воды в больших количествах. Не меньше 15-20% воды должно было быть в составе урановой древней руды, чтобы в ней вспыхнула цепная реакция деления урана.
Но и этого еще недостаточно. Необходимо, чтобы урана в руде было не меньше 10-20%. При иных обстоятельствах природная цепная реакция не могла бы начаться. Заметим тут же, что сейчас богатыми считаются руды, в которых от 0,5 до 1,0% урана; больше 1 % – очень богатыми…
Но и это еще не все. Нужно, чтобы месторождение было не слишком маленьким. Например, в куске руды величиною с кулак – самой древней, самой концентрированной (и по урану, и по воде) цепная реакция начаться бы не могла. Слишком много нейтронов вылетали бы из такого куска, не успев вступить в цепную реакцию. Подсчитали, что размеры залежей, которые могли бы стать природными реакторами, должны составлять хотя бы несколько кубометров.
Итак, чтобы в месторождении сам собой заработал “нерукотворный” ядерный реактор, нужно, чтобы одновременно соблюдались все четыре обязательных условия.
В 1972 г на урановом обогатительном заводе в Пьермонте, в ядерном центре CEA VALRNO Marcoule (Франция), была обнаружена недовыработка конечного продукта в размере около 200 кг урана 235. Было проведено тщательное расследование, завершившиеся грандиозным открытием! Злоумышленники, к счачастью, оказались не причём. Уран использовала в качестве ядерного горючего сама природа…
Содержание урана 235 в руде из месторождения Окло (Габон) составляло 0,3% вместо 0,7171%! За полтора года с рудника поступило 700 тонн урановой руды, обедненной ураном-235.
2 миллиарда 600 миллионов лет назад на территории нынешнего Габона образовалась огромная гранитная плита протяженностью во много десятков километров. (Эту дату, так же как и другие, о которых пойдет речь, определили с помощью “радиоактивных часов” – по накоплению аргона из калия, стронция – из рубидия, свинца – из урана.)
В течение последующих 500 миллионов 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. В слоях, насыщенных органическим веществом, были условия для восстановления шестивалентного урана в четырехвалентный, который и выпадал в осадок. Постепенно много тысяч тонн урана осело в виде рудных “линз” размером в десятки метров. Содержание урана в руде достигло 30, 40, 50% и продолжало расти.
Урановое месторождение на месте некогда действовавшего природного ядерного реактора.
1. Зоны деления. 2. Песчаник. 3. Слой урановой руды. 4. Гранит.
Изотопная концентрация урана-235 была тогда 4,1%. И в какой-то момент оказались соблюденными все четыре условия, необходимых для начала цепной реакции, о которых рассказано выше. И природный реактор заработал. В сотни миллионов раз вырос поток нейтронов. Это привело не только к выгоранию урана-235, месторождение Окло оказалось скопищем многих изотопных аномалий.
Заодно с ураном-235 “выгорели” все легко взаимодействующие с нейтронами изотопы. Оказался в зоне реакции самарий – и лишился своего Sm149. Если в природной смеси изотопов самария его 14%, то на месте работы природного реактора – всего 0,2%. Такая же судьба постигла Еu151, Gd157 и некоторые другие изотопы редкоземельных элементов.
Деление урана-235 – мы знаем это из физики – не что иное, как образование осколков разнообразных атомных ядер с массовыми числами от 70 до 170. Добрая треть таблицы элементов – от цинка до лютеция получается в результате деления ядер урана. В зоне цепной реакции находятся химические элементы с изменённым изотопным составом. У рутения из Окло, например, втрое больше, чем в природном рутении, ядер с массовым числом 99. В цирконии в пять раз вырастает содержание изотопа Zr96. “Сгоревший” Sm149 превратился в Sm150, и последнего в итоге в одной из проб оказалось в 1300 раз больше, чем должно было быть. Таким же путем в 100 раз возросла концентрация Gd152 и Gd154
Все эти изотопные аномалии интересны сами по себе, но они позволили многое узнать и о природном реакторе. Например, сколько времени он работал. Некоторые образовывавшиеся при работе природного реактора изотопы, естественно, были радиоактивными. Они не дожили до наших дней, распались. Но за то время, что радиоактивные изотопы находились в зоне реакции, часть из них вступила в реакцию с нейтронами. По количеству продуктов таких реакций и продуктов распада радиоактивных изотопов, зная дозу нейтронов, рассчитали длительность работы природного реактора. Оказалось, что он работал примерно 500 тысяч лет.
А дозу нейтронов узнали тоже по изотопам, по их выгоранию или накоплению; вероятность взаимодействия осколочных элементов с нейтронами известна достаточно точно. Дозы нейтронов в природном реакторе были весьма внушительными – около 1021 нейтронов на квадратный сантиметр, то есть в тысячи раз больше, чем использующиеся в лабораториях при нейтронно-активационном химическом анализе.
По выгоранию изотопов подсчитали и энергию, выделенную в природном реакторе – 1011 кВт·ч. Этой энергии хватило, чтобы температура месторождения Окло достигла 400-600°С. До ядерного взрыва, очевидно, было далеко, вразнос реактор не шел. Это, вероятно, объясняется тем, что природный реактор Окло был саморегулирующимся. Когда коэффициент размножения 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.
Все это продолжалось до тех пор, пока в руду свободно поступала вода. Но однажды водный режим изменился, и реактор остановился навсегда. За два миллиарда лет силы земных недр сдвинули, смяли, вздыбили под углом 45° пласты руды и вынесли их к поверхности. Природный реактор, словно замороженный в слое вечной мерзлоты мамонт, в своем первозданном виде предстал перед современными исследователями.
Французские исследователи опубликовали сообщение, что ими обнаружен природный ядерный реактор. Затем во многих журналах были приведены результаты всестороннего изучения необычного месторождения Окло.
Феномену Окло были посвящены две международных научных конференции. Редкий случай, но все учёные сошлись в едином мнении – это действительно природный ядерный реактор, работавший в западной Африке сам по себе, когда и предков-то человека на Земле не было.
Само собой, были и фантасмагорические версии о следе деятельности космических пришельцев. Но они, конечно, не выдерживают никакой критики.
Образцы из Окло (Фото из Бюллетеня МАГАТЭ)
Вообще, нашим предкам особо напрягаться не надо было, чтобы найти источники энергии. Это нам теперь приходится трудится, чтобы добыть их. Основой античного мира были дрова и оливковое масло. О каменном угле ещё Аристотель писал, но только изобретение паровой машины отодвинуло дерево на второй план. По свидетельству Геродота, Вавилонский царь Навуходоносор II (6 век до н.э.) топил нефтью гигантскую печь. С газом сложнее. Пришлось учиться его использовать. Но, похоже, это ещё более древнее открытие. В Аппенинах было обнаружено захоронение этрусского вождя. В пещере горел газовый факел. Объективными исследованиями было установлено, что он горит уже несколько тысяч лет. Настоящий вечный огонь! В Турции есть место – Yanartas (горящий камень) с горой Chimaera. Из под камней вырывается газ и горит он с незапамятных времён. Молодые люди со всех концов света приезжают на эту гору, чтобы увидеть этот огонь, неугасимый как их любовь….
Ещё в древнейшие времена природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой посуды. Так, возле Неаполя найден осколок жёлтого стекла, содержащий 1 % оксида урана и датируемый 79 годом н. э. Но только в 18 веке немецкий химик Клапрот идентифицировал его как химический элемент. Правда, чтобы извлечь энергию, содержащуюся в нём, пришлось потрудиться… Ну, результат мы знаем.
Источники могущества цивилизации в буквальном смысле находится у нас под ногами.
И вот тут возникает философский вопрос. А что будет служить источником энергии будущего? Термояд? Что-то другое, что находится рядом с нами, а мы не замечаем? Гравитация? Или само пространство-время? Ответа нет…
Гора Chimaera
Эммануил Кант в работе “Критика чистого разума” сформулировал три элемента познания – чувства, рассудок, разум. История с Окло – яркая иллюстрация принципов гносеологии Канта. Были и чувства (страх перед разрушительной силой), рассудок (выработка критериев возможности возникновения природного реактора), и разум (осмысленные поиски).
Исследования завершены. Но что необъяснимо пока – так это причины уникальности месторождения Окло. В далеком прошлом природные ядерные реакторы в древних породах должны были возникать достаточно часто. Но их не находят. Может быть, природные реакторы есть и еще где-то, и их стоит как следует поискать?… Источник энергии Земли и разрушительной силы вулканов тоже пока не обнаружен.
Дверь в неизвестное приоткрыта.
Вперёд к новым находкам! Господь Бог изощрён, но не злобен!
Использованы материалы из Интернета. К сожалению, не удалось побывать в Окло, но образцы оттуда в Музее естественной истории (Вена) видел.
Автор: С.В. Федорченко, ветеран атомной энергетики и промышленности
Просмотров: 4
