Природен реактор за ядрено делене в Габон, Западна Африка

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 09:37

За да разбере как се е случило естественият ядрен реактор, той помага да се разбере малко от историята и науката за ядрените реакции.

Ядрените реакции накратко

Според Международната комисия по атомна енергия (МААЕ) в повече от 30 държави работят над 400 атомни електроцентрали; и въпреки последните катастрофални провали на безопасността, като трагедията в "Фукушима Дайчи" през 2011 г., в момента около 70 нови атомни електроцентрали са в процес на изграждане. Защо продължаваме да строим такива потенциално опасни съоръжения? Силата, която, въпреки подобни бедствия като Чернобил и Фукушима, мегават за мегавата, всъщност като цяло се счита за по-безопасна и "по-зелена" от енергията, генерирана чрез въглища или газ.

Този тип ядрена енергия се създава, когато един изотоп, често уран 235 (U-235), се бомбардира с неутрон. Сблъсъкът обикновено нарушава изотопа на две части, всеки от които съдържа половината от неутроните и протоните на оригиналния атом, в процес, наречен ядрен делене. По време на реакцията се губи малко количество маса, което е резултат от малка част от материята, която се превръща в относително голямо количество енергия.

В типичен реактор се събира цяла партида U-235 и след това се бомбардират с неутрони; при всяко сблъскване между U-235 и неутрона, още две неутроните се произвеждат заедно с освобождаването на енергия. Докато има достатъчно изотопи на U-235, тези допълнителни неутрони ще предизвикат допълнителни реакции. Реакциите растат експоненциално в процес, наречен верижна реакция, която произвежда още повече енергия. Атомните електроцентрали използват енергията от тези контролирани верижни реакции и я превръщат в електричество, което управлява подобни неща като този MacBook Air, на който пиша.

Уран-235

Уранът е един от най-тежките елементи с атомно тегло 238,03. Съответстващи на тази статия, само три изотопа от нея се срещат естествено в земната кора; U-238, който съставлява 99,3% от целия уран, U-235, който се състои от повечето от останалите 7% и U-234, който се съдържа само в незначителни количества. U-238 е само леко реактивен и не прави добър делящ се материал. U-235 обаче е изключителен при разделянето и производството на много енергия.

Когато излезе от земята, уранова руда се състои от трите изотопа в техните относителни пропорции. За да бъде делегиран, процентът U-235 в рудата трябва да се увеличи от 0,7% до около 5% от цялото. Този процес е известен като обогатяване на уран. При типичния сценарий на обогатяване уранът се превръща в газ, урановия хексафлуорид (UF-6) и газът се отделя по тегло (не забравяйте, U-234 и U-235 са по-леки от U-238). Отделянето позволява да се отстрани достатъчно по-тежък уран, а останалата част в крайна сметка има подходяща концентрация на U-235 за делене.

Ядрен реактор в Габон

Може да попитате: "Ако уранова руда е неподходяща за ядрени реакции без сложен процес за обогатяване от човека, как е станало естествено преди близо две милиарди години?" Добър въпрос и отговорът не е "чужденци".

U-235 има значително по-кратък полуживот от U-238, така че в далечното минало той трябваше да бъде много по-богат и в по-големи концентрации, отколкото е днес. Ученът Пол К. Курода предложи през 1956 г., че тази богата на U-235 руда, при правилните условия, би подкрепила ядреното делене и верижните реакции, които биха формирали естествени ядрени реактори.

Има две теории за това как работи Габонският реактор, въпреки че и двамата поемат верига от верижна реакция, прекратяване, охлаждане, повтаряне, в продължение на хиляди години, докато изсмученият материал изчезне.

Една теория предлага уранът да бъде покрит с подземни води, които модерират неутроните и осигуряват среда, поддържаща верижна реакция. Енергията, генерирана в крайна сметка, нагрява подземните води до кипене и се изпарява. При изчезването на подземните води реакцията спря. В крайна сметка, вода се връща в урановата пещера и процесът се повтаря, докато концентрациите не са твърде ниски, за да подкрепят по-нататъшните реакции.

Втората теория, която не е добре приета, предполага, че горелният реактор освобождава някои редкоземни елементи като самарий, гадолиний и диспрозий, които абсорбират неутроните и спират верижната реакция за известно време или на определени места, тя отново се появява наблизо.

Подробности за първата теория са докладвани в Пространство дневно през 2004 г.:

Тази прилика (на гейзер) предполага, че половин час след началото на верижната реакция, несвързаната с вода вода се превръща в пара, намалявайки потока на топлинния неутрон и превръщайки реактора в субкритичен.

Необходими са поне два и половина часа, докато реакторът се охлади, докато разпадането Xe (ксенон) започне да се запазва.Тогава водата се връща в зоната на реактора, осигурявайки умереност на неутроните и отново установява самозадържаща се верига.

Доказателство за реактора за декодиране на вкаменелости

И така, откъде знаем, че това изобщо се е случило? Няколко причини.

Първо, при първоначалното френско разследване през 1972 г. е установено, че концентрацията на U-235 от мястото е много по-ниска, отколкото обикновено се наблюдава в природата; в действителност, концентрациите от пробите на Oklo са подобни на тези, открити в отработеното ядрено гориво.

Второ, французите също откриха несъответствия в други изотопи от мястото, включително неодим и рутений, и двата от които са в съответствие с деленето на U-235.

Трето, в проучване от 2004 г. във Вашингтонския университет физиците, изследващи обекта, откриха повишени количества цирконий, церий и стронций, произведени чрез ядрено делене.

Четвърто, американските учени също установиха, че депата на Oklo съдържат най-големите концентрации на ксенон и криптон, които някога са били открити.

Уроци от Oklo реактора

Едно изненадващо откритие от Окло е, че за разлика от нашите реактори за делене, които произвеждат значителни токсични отпадъци, които никой не иска да съхранява (мисли Юка планина), Майката Природа сигурно е изхвърлила нейните. Според изследователите от Wash U естественият реактор безопасно е хванал своите токсични отпадъци (Xe и Kr-85) в химичното съединение, алуминофосфат:

Очарователно е да мислим, че природната ядрена реакция може да достигне критичните условия и че е в състояние да съхранява собствените си отпадъци.

В заключителна бележка е удоволствие да се знае, че природният U-235 не съществува днес в концентрациите, необходими за започване или поддържане на съвременен естествен ядрен реактор. Така че, макар че някой ден може да се наложи да живеем в друг Чернобил, поне ще разберем, че сме виновни само за себе си. üòâ

Бонусни факти:

• "Три миля Айлънд", аварията в Атлантическия океан близо до Мидълтаун, Пенсилвания, е най-сериозната авария в електроцентралата в историята на САЩ. Това не е довело до смърт и нараняване на работниците или близката общност. Той все още е класиран на ниво 5 на INES, въпреки че всъщност трябваше да бъде оценен като ниво 2.
• Ако сте се разположили на лагера в завода на остров Три Миле по време на инцидента, който се е случил там през 1979 г., вие сте получили само още 80 милиарда експозиции по време на катастрофата. За справка, ако някога сте имали гръбнака ви с рентгенови лъчи, вие сте получили около двойно повече, отколкото само в рамките на няколко секунди от рентгеновия анализ. Ако бяхте на около десет мили от реактора по време на инцидента, вие сте получили около 8 милирема или около еквивалентната йонизираща радиация, като ядете 800 банана, които са естествено радиоактивни. Няма известни смъртни случаи / ракови заболявания и т.н. които са резултат от инцидента в "Три миля Айлънд".
• Обществената реакция на "Три миля Айлънд" премина извънредно зад борда от това, което действителното събитие оправдава. Това до голяма степен се дължи на дезинформация в пресата; неразбиране на йонизиращото лъчение сред широката общественост; и факта, че не 12 дни преди да се случи, филмът Китайският синдром бе освободен. Заглавието на филма беше колко опасни бяха ядрените реактори и кой знае колко във всеки филм, но един от главните герои се опитваше да го покрие. Китайският синдром концепцията за филмовото заглавие идва от предпоставката, че ако ядрото на американския ядрен реактор се разтопи, то ще се стопи през центъра на Земята в Китай. Познавайки факта, че всъщност е Индийския океан, който е от другата страна на Земята от САЩ, а не от Китай, и очевидните проблеми с предпоставката "да се стопят през Земята", тя не би могла да бъде по-добра както и безплатна реклама чрез пресата, дължаща се на инцидента "Три миля Айлънд". Филмът бе номиниран за няколко академични награди, включително най-добра актриса от Джейн Фонда.
• Удивително, ако всъщност успяхме да превърнем материята перфектно в енергия с 1 килограм материя, напълно унищожена, енергията, произведена само от това малко количество материя, е около 42.95 мега тона TNT. Така че възрастен мъж, който тежи на около 200 паунда, има някъде в близост до 4000 мегатона TNT потенциал в материята си, ако е напълно унищожен.
• Това е около 80 пъти повече енергия, отколкото е произведена от най-голямата взривена атомна бомба - Цар Бомба, която от своя страна предизвика взрив от около 1,400 пъти по-мощен от комбинираните взривове на бомбите, изпуснати върху Хирошима и Нагасаки.

• За да илюстрираме по-нататък, 1 мегатон на TNT, когато се преобразува в киловат часа, прави достатъчно електричество, за да захрани средния американски дом за около 100 000 години. Също така е достатъчно да захранваме всички Съединени щати за малко повече от 3 дни. Така че 1 килограм от някаква материя, напълно унищожена, ще може да захранва цялата Съединените щати за около четири месеца. Един средно възрастен мъж, след като е напълно унищожен, ще произведе достатъчно енергия, за да захранва САЩ за около 30 години. Енергийната криза беше решена.

  

• На напълно загадъчна скала типичната експлозия на свръхнова ще даде около 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 мегатона на TNT. * Кейси в ъгъла *