نخستین و تنها راکتور اتمی طبیعی شناخته شده زمین

به گزارش ویکی سلامت این شگفتی زمین شناسی اتاقی زیرزمینی است که در آن سنگ معدن اورانیوم در آب غوطه ور شد و به طور خودبه خودی مشتعل شد. تنها راکتور هسته ای طبیعی شناخته شده روی زمین یعنی راکتور اوکلو بود. این پدیده نه تنها داستانی علمی-تخیلی نیست بلکه نمونه ای از قابلیت های طبیعی زمین در طول میلیاردها سال است.

به نقل از ویکی سلامت حدود ۲ میلیارد سال پیش در اعماق گابنِ آفریقای غربی مجموعه ای از شرایط نادر زمین شناسی کنار هم جمع شدند تا راکتور هسته ای طبیعی اوکلو را ایجاد کنند. این کشف که به سال ۱۹۷۲ بازمی گردد توسط فیزیکدان فرانسوی فرانسیس پرین در جریان بررسی های یک کارخانه پردازش سوخت هسته ای در فرانسه صورت گرفت.

او در نمونه ای از سنگ معدن اورانیوم که از این معدن در گابن استخراج شده بود به ناهنجاری عجیبی در نسبت ایزوتوپ های اورانیوم برخورد کرد. در حالی که اورانیوم طبیعی معمولاً حاوی ۰.۷۲۰ درصد U-۲۳۵ است این نمونه فقط ۰.۷۱۷ درصد داشت. اگرچه این تفاوت بسیار کوچک به نظر می رسید اما برای آغاز تحقیقات بیشتر کافی بود.

ابتدا گمان می رفت که اورانیوم دستخوش دستکاری مصنوعی یا غنی سازی شده باشد؛ روشی که در تولید انرژی هسته ای رایج است. اما تحقیقات نشان داد که این سنگ معدن کاملاً طبیعی است و هیچ نشانه ای از دخالت انسان ندارد. تنها توضیح منطقی این بود که این سنگ بخشی از یک راکتور شکافت هسته ای طبیعی بوده که میلیاردها سال پیش زمانی که شرایط زمین به شدت متفاوت بود به طور خودبه خودی فعال شده است.

سازوکار یک راکتور طبیعی

راکتور اوکلو به دلیل ترکیبی از شرایط نادر زمین شناسی و محیطی به وجود آمد که در برخی جهات مشابه راکتورهای مدرن بود. در مرکز این پدیده غلظت بالای اورانیوم ۲۳۵ قرار داشت. حدود ۲ میلیارد سال پیش درصد U-۲۳۵ در اورانیوم طبیعی حدود ۳ درصد بوده است! سطحی که امکان ایجاد واکنش زنجیره ای هسته ای پایدار را فراهم می کرد. این مقدار بسیار بالاتر از غلظت ۰.۷۲۰ درصد امروزی است و برای آغاز شکافت هسته ای طبیعی کافی بود.

آب نیز در این فرایند نقش حیاتی ایفا می کرد و به عنوان تعدیل کننده نوترون ها عمل می کرد. در فیزیک هسته ای تعدیل کننده ها سرعت نوترون های آزادشده از شکافت را کاهش می دهند تا واکنش زنجیره ای کنترل شده ای ایجاد شود. در اوکلو نفوذ آب زیرزمینی به سنگ معدن اورانیوم این نقش را ایفا می کرد و امکان شکافت پایدار بدون گرم شدن بیش از حد و ذوب شدن را فراهم می آورد. این مکانیزم به طور طبیعی مشابه سیستم های خنک کننده پیشرفته در راکتورهای مدرن عمل می کرد.

پایداری زمین شناسی منطقه نیز نقش مهمی در عملکرد طولانی مدت این راکتور طبیعی داشت. ساختار سنگ معدن اورانیوم و ماسه سنگ های اطراف همراه با فقدان فعالیت های مخرب زمین شناسی یکپارچگی راکتور را برای هزاران سال حفظ کرد. این ویژگی ها شباهت هایی با طراحی های مهندسی شده راکتورهای مدرن برای حفاظت از واکنش ها در برابر تداخلات محیطی دارد.

کشف راکتور اوکلو بینش های بی نظیری درباره رفتار مواد هسته ای در شرایط طبیعی ارائه کرده است که پیامدهای قابل توجهی در زمینه های فیزیک هسته ای و علوم محیطی دارد. به عنوان مثال ترکیبات آلی موجود در ذخایر اورانیوم به مهار طبیعی محصولات جانبی شکافت هسته ای کمک کردند و از پراکندگی آن ها جلوگیری کردند. این فرایند شباهت زیادی به روش های مدرن مدیریت زباله های هسته ای دارد که از موانع مصنوعی برای جداسازی زباله های رادیواکتیو استفاده می کنند.

علاوه بر این مطالعه الگوهای مهاجرت محصولات شکافت در اوکلو اطلاعات ارزشمندی درباره تعاملات طولانی مدت مواد رادیواکتیو با محیط اطراف ارائه می دهد. این دانش برای توسعه روش های ایمن تر ذخیره سازی زباله های هسته ای امروزی بسیار مفید است. همچنین مطالعه اوکلو می تواند به طراحی تأسیسات ذخیره سازی آینده کمک کند تا بتوانند در برابر شرایط زمین شناسی پایدار باقی بمانند.

درس های آموخته شده از اوکلو فراتر از کاربردهای عملی در انرژی هسته ای و مدیریت زباله است. این کشف به ما نشان می دهد که طبیعت چگونه می تواند فرایندهای هسته ای را در بازه های زمانی زمین شناسی مدیریت کند و چگونگی ارزیابی مجدد این فرایندها در زمینه تاریخ زمین و احتمال وقوع آن ها در سیارات دیگر را الهام می بخشد.

امروزه راکتور هسته ای طبیعی اوکلو همچنان دانشمندان و عموم مردم را شگفت زده می کند. نمونه ای از این پدیده در موزه تاریخ طبیعی وین به نمایش گذاشته شده است و از سال ۲۰۱۹ بخشی از نمایشگاه دائمی آن بوده است. این نمونه ها شواهد ملموسی از شکافت هسته ای طبیعی ارائه می دهند و نشان می دهند که طبیعت در مدیریت انرژی هسته ای پیش از ما انسان ها پیشگام بوده است.

۵۸۵۸