Reaktor prirodne nuklearne fisije Gabona, Zapadna Afrika

Reaktor prirodne nuklearne fisije Gabona, Zapadna Afrika

U svibnju 1972. u postrojenju za obogaćivanje urana u Francuskoj, znanstvenici koji su ispitivali rudu iz rudnika u Gabonu u Zapadnoj Africi otkrili su da se prirodni nuklearni reaktor spontano očitovao u toj regiji u primordijalnoj prošlosti Zemlje, neprestano izbacujući energiju od oko 100 Kw za nekoliko stotina tisuća godina prije otprilike 1,7 milijardi godina.

Kako bi se razumjelo kako je nastao prirodni nuklearni reaktor, to pomaže razumjeti malo povijesti i znanosti nuklearnih reakcija.

Nuklearne reakcije u ukratko

Prema Međunarodnoj komisiji za atomsku energiju (IAEA), preko 400 nuklearnih elektrana djeluje u više od 30 zemalja; i unatoč nedavnim katastrofalnim sigurnosnim kvarovima poput tragedije na Fukushima Daiichi u 2011, trenutno je u izgradnji gotovo 70 novih nuklearnih elektrana. Zašto onda gradimo takve potencijalno opasne objekte? Snaga koja, unatoč takvim katastrofama kao što su Černobil i Fukushima, megavata za megavatu zapravo je, općenito, općenito smatrana sigurnijom i "zelenijom" od energije proizvedene ugljenom ili plinom.

Ova vrsta nuklearne energije nastaje kada izotop, često uran 235 (U-235), bombardira neutronom. Udaranje obično razbija izotop u dva dijela, od kojih svaka sadrži polovicu neutrona i protona prvobitnog atoma, u procesu koji se zove nuklearna fisija. Tijekom reakcije izgubi se mala količina mase, što je posljedica sitne količine tvari koja se pretvara u relativno veliku količinu energije.

U tipičnom reaktoru, cijeli se dio U-235 montira i onda bombardira neutronima; u svakom sudaru između U-235 i neutrona, još dva neutroni se proizvode uz oslobađanje energije. Sve dok postoji dovoljno U-235 izotopa, ti dodatni neutroni uzrokovat će dodatne reakcije. Reakcije rastu eksponencijalno u procesu koji se zove lančana reakcija koja proizvodi još više energije. Nuklearne elektrane iskorištavaju energiju iz tih kontroliranih lančanih reakcija i pretvaraju ga u električnu energiju koja ovlasti ovakvim MacBook Airom na kojem pišem.

Uranij-235

Uran je jedan od najtežih elemenata, atomska težina 238,03. Odgovarajući na ovaj članak, samo su tri izotopa prirodno prisutni u Zemljinoj korahu; U-238, koji čini 99,3% svih urana U-235, koji obuhvaća većinu preostalih .7%, a U-234, koji je prisutan samo u infinitezimalnom iznosu. U-238 je blago reaktivan i ne proizvodi dobar fisijski materijal. Međutim, U-235 je izvanredan pri podjeli i proizvodnji puno energije.

Kada izlazi iz zemlje, ruda urana se sastoji od tri izotopa u njihovom relativnom omjeru. Da bi bio fiksiran, postotak U-235 u rude treba povećati sa .7% na oko 5% cjeline. Taj je proces poznat kao obogaćivanje urana. U tipičnom scenariju obogaćenja, uran se pretvara u plin, uran heksafluorid (UF-6), a plin se odvaja težinom (sjetite se, U-234 i U-235 su lakši od U-238). Odvajanje dopušta uklanjanje dovoljno težeg urana, a preostala supstanca u konačnici ima prikladnu koncentraciju U-235 za fiziju.

Gabonski nuklearni reaktor

Vi svibanj pitati: "Ako ruda urana nije pogodna za nuklearne reakcije bez složenog, čovjekovog procesa obogaćivanja, kako je prirodno počelo prije gotovo dvije milijarde godina?" Dobro pitanje, a odgovor nije "vanzemaljci".

U-235 ima znatno kraće poluvrijeme od U-238, tako da je u dalekoj prošlosti trebalo biti puno više i veće koncentracije nego što je danas. Znanstvenik Paul K. Kuroda predložio je 1956. da bi ova U-235 obogaćena ruda, pod ispravnim uvjetima, podržala nuklearnu fiziju i lančane reakcije, koje bi stvarale prirodne nuklearne reaktore.

Postoje dvije teorije o tome kako je Gabonov reaktor radio, iako oboje pretpostavljaju ciklus lančane reakcije, prestanka, hlađenje, ponavljanje, tijekom razdoblja od tisuću godina, sve dok se fisijski materijal ne iscrpi.

Jedna teorija predlaže da je uran bio prekriven podzemnim vodama, koji je moderiralo neutrone i dao okruženje koje je podržavalo lančanu reakciju. Energija koja je generirala zagrijavala je podzemne vode do vrenja i ona se udaljila. S nestankom podzemnih voda, reakcija je prestala. Na kraju je voda natopljena natrag u pećinu urana, a postupak je ponovljen, sve dok koncentracije nisu bile preteške kako bi podržale daljnje reakcije.

Druga teorija, koja nije dobro prihvaćena, predložila je da reaktor za gorenje oslobađa neke rijetke elemente zemlje, poput samarija, gadolinija i disprosija, koji apsorbiraju neutrone i zaustavljaju lančanu reakciju neko vrijeme ili na određenim mjestima samo da imaju ponovno se pojaviti u blizini.

Pojedinosti o prvoj teoriji objavljene su u Dnevno svemir u 2004. godini:

Ova sličnost (na gejzir) upućuje na to da je pola sata nakon početka lančane reakcije neograničena voda pretvorena u paru, smanjujući toplinski tlak neutrona i stvarajući reaktor podkritičnu.

Trebalo je najmanje dva i pol sata da se reaktor ohladi sve dok se fisija Xe (ksenon) počela zadržavati.Zatim se voda vraća u reaktorsku zonu, dajući neutralizaciju neutrona i ponovno uspostavljajući samoodrživi lanac.

Dokaz oklo fosilnog rezača fisije

Pa kako možemo znati da se to ikada dogodilo? Nekoliko razloga.

Prvo, u početnoj, francuskoj istrazi 1972. godine, otkriveno je da je koncentracija U-235 iz mjesta znatno niža nego što se obično promatra u prirodi; u stvari, koncentracije iz Oklo uzoraka bile su slične onima pronađenim u potrošenom nuklearnom gorivu.

Drugo, Francuzi su otkrili razlike u ostalim izotopima s mjesta, uključujući neodimij i rutenij, od kojih su oba u skladu s fizionomom U-235.

Treće, u istraživanju iz 2004. godine, fizičari Washingtonskog sveučilišta koji istražuju mjesto otkrili su povišene količine cirkonija, ceriuma i stroncija koje su proizvedene nuklearnom fizijom.

Četvrto, američki znanstvenici također su utvrdili da Oklo deposits sadrže najveće koncentracije fission-proizvedene ksenon i kripton ikad pronađen.

Lekcije Oklo reaktora

Jedno iznenađujuće otkriće iz Oklo je da, za razliku od naših reaktora fisije koji proizvode značajne toksični otpad koji nitko ne želi skladištiti (mislim na Yucca Mountain), Majka priroda sigurno je odustala od nje. Prema istraživačima Wash U, prirodni reaktor sigurno je uhvatio otrovni otpad (Xe i Kr-85) u kemijskom spoju, aluminofosfat:

Fascinantno je misliti da prirodna nuklearna reakcija može doći do kritičnih uvjeta i da je također sposobna čuvati vlastiti otpad.

Konačno, umirujuće je znati da prirodni U-235 danas ne postoji u koncentracijama potrebnim za pokretanje ili održavanje suvremenog prirodnog nuklearnog reaktora. Dakle, iako ćemo jednoga dana morati živjeti kroz još jedan Černobil, barem ćemo znati da moramo samo kriviti. üòâ

Bonus činjenice:

  • Otok Three Mile, nesreća nuklearne elektrane u blizini Middletown, Pennsylvania, najozbiljnija je elektrana u američkoj povijesti. To nije dovelo do smrti i ozljeda radnika ili obližnje zajednice. Još uvijek je ocijenjena razina 5 na INES-u, iako je doista trebala biti ocijenjena kao razina 2.
  • Ako ste kampirali u tvornici na otoku Three Mile tijekom nesreće koja se dogodila 1979. godine, tijekom trajanja nezgode primili ste samo dodatnih 80 miligrama izloženosti. Za referencu, ako ste ikad imali vašu kralježnicu x-rayed, vi ste dobili oko dvostruko da samo tijekom nekoliko sekundi x-ray. Ako ste bili oko deset milja daleko od reaktora za vrijeme nesreće, primili ste oko 8 miligrama ili oko ekvivalentnog ionizirajućeg zračenja jesti 800 banana, koji su, naravno, radioaktivni. Nema poznatih smrti / raka / itd. koji je nastao kao posljedica nesreće na tri mila.
  • Javna reakcija na otok Three Mile otišla je iznimno izbačena od onoga što je stvarni događaj bio zajamčen. To je uglavnom posljedica neispravnosti u tisku; nerazumijevanje ionizirajućeg zračenja šire javnosti; i činjenica da se, prije 12 dana prije nego što se to dogodilo, film Kina sindrom je pušten. Zaplet filma bio je kako su nesigurni nuklearni reaktori bili i gotovo svi u filmu, ali jedan od glavnih likova pokušavao je pokriti. Kina sindrom filmski naslov dolazi iz pretpostavke da bi se američka nuklearna reaktorska jezgra trebala rastopiti, to bi se rastopilo kroz središte Zemlje u Kinu. Otkrivajući činjenicu da je zapravo Indijski ocean koji se nalazi na suprotnoj strani Zemlje od SAD-a, a ne Kine, i očiti problemi s "premošću zemlje", to nije moglo biti bolje vremenski snimljenog filma što se tiče besplatnog oglašavanja kroz tisak zbog incidenta na Three Mile Islandu. Film je nominiran za nekoliko akademskih nagrada, uključujući i najbolju glumicu Jane Fonde.
  • Iznenađujuće, ako smo u stanju pretvoriti materijal savršeno u energiju s 1 kg tvar koja je potpuno uništena, energija proizvedena iz te male količine materije je oko 42,95 mega tona TNT. Tako je odrasla muška težina u oko 200 funti negdje u blizini 4000 megatona TNT potencijal u njihovu slučaju, ako je potpuno uništila.
  • To je oko 80 puta više energije nego što je proizvela najveća ikada detonirana nuklearna bomba, Tzar Bomba, koja je sama proizveo eksploziju oko 1.400 puta jača od kombiniranih eksplozija bombi koje su ispale na Hirošimu i Nagasaki.
  • Da bi se dodatno ilustriralo, 1 megatona TNT-a, kada se pretvori u kilovat sata, dovodi dovoljno struje da napaja prosječni američki dom za oko 100.000 godina. Dovoljno je i da snaga cijele Sjedinjene Države bude dulje od 3 dana. Dakle, 1 kg nekih tvari koja je potpuno uništena mogla bi moći napajati cijelu Sjedinjene Države oko četiri mjeseca. Jedan od prosječnih odraslih muškaraca tada bi, kad bi se potpuno uništili, proizvodio dovoljno energije za napajanje SAD-u oko 30 godina. Rješava se energetska kriza.

  • Na sasvim zbunjujućoj ljestvici, tipična eksplozija supernove otpušta oko 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000 megatona TNT-a. * krijesnice u kutu *

Ostavite Komentar