Reator nuclear natural único em Oklo, história de sua abertura e princípio de operação

Estamos todos acostumados com o fato de que um reator nuclear é uma estrutura de engenharia complexa, que foi inventado recentemente pela humanidade e feito para trazer benefícios por meio de uma reação nuclear.

Mas nossa natureza é tão única e diversa que criou seu próprio reator nuclear natural, que conseguiu funcionar por mais de cem anos, e isso foi há quase dois bilhões de anos. A história da descoberta e o princípio de operação desse fenômeno natural serão discutidos no material de hoje.

Como um reator nuclear natural foi descoberto

Assim, em 1956, a chamada Guerra Fria está a todo vapor, e todos os países mais ou menos grandes se esforçam para obter urânio 235 para entrar no clube fechado das potências nucleares. A França também mostrou o mesmo desejo, mas não conseguiu encontrar depósitos de urânio em seu território.

Mas, felizmente, os especialistas franceses conseguiram encontrar a rica região de Oklo em um país como o Gabão (a França tinha poder sobre este país como uma metrópole). Mas o urânio extraído neste depósito revelou-se muito estranho. Afinal, ele parecia já ter visitado um reator em operação.

Isso se tornou conhecido após a análise espectrométrica de massa usual realizada em 1972 no concentrador.

Acontece que os engenheiros se depararam com um fenômeno natural único - um reator nuclear natural que, como se viu, funcionou com sucesso por cerca de dois bilhões de anos.

O princípio da reação nuclear e a meia-vida do urânio 235

Vários isótopos de urânio podem ser encontrados na natureza, mas apenas o urânio 235 é adequado para trabalhar em reatores nucleares e para encher bombas nucleares. Além disso, a meia-vida desse isótopo é de 700 milhões de anos e, como resultado dessa decadência, o tório 231 é formado.

Mas basta influenciar o urânio 235 com um nêutron lento, pois ele se decompõe imediatamente. É isso que torna esse elemento tão único.

Existem muitas fontes de radiação de nêutrons na natureza que são capazes de desencadear uma reação de decaimento. Mas eles estão se movendo muito rápido para interagir com o urânio 235, o que significa que devem passar por um estágio de desaceleração por influências externas.

Acontece que se você colocar o U235 na água comum, ele desacelera os nêutrons o suficiente, e eles serão absorvidos pelo urânio 235. Isso produzirá o isótopo urânio 236, que é extremamente instável e decai rapidamente em bário 141 e criptônio 92, bem como três nêutrons de alta energia.

Assim, assim que os três nêutrons alocados são desacelerados pela água, eles também podem ser absorvidos já três isótopos de urânio 235, que, por sua vez, também sofrerão um processo de decaimento com a liberação de nêutrons. Isso irá provocar uma reação em cadeia de fissão nuclear exponencialmente crescente.

Os cientistas aprenderam há muito tempo como realizar a chamada análise de carbono, que se baseia precisamente na determinação da fração residual do urânio 235. Nesse sentido, tudo é simples, se você sabe quando o urânio se formou e que a cada 700 milhões de anos sua participação no minério cai pela metade, então é uma questão de tecnologia determinar qual é o seu conteúdo no minério.

Então, acredita-se que absolutamente todo o urânio em nosso planeta foi formado naquela época, então nosso Sol se tornou uma supernova, ou seja, cerca de 6 bilhões de anos atrás. Com base nesses dados, descobrimos que a concentração de urânio 235 no minério de urânio na Terra deveria ser de 0,72%.

Já a análise do minério da jazida de Oklo mostrou teor de 0,717%. À primeira vista, a diferença não é significativa, mas, dado o volume do depósito, estimou-se que em Oklo faltam cerca de 200 kg de urânio puro, e isso será o suficiente por um minuto para criar vários bombas.

Não creio que valha a pena dizer que não houve limite para a surpresa dos franceses, pois, dada toda a situação política e o desenrolar da corrida armamentista entre a União Soviética e os Estados Unidos, a "perda" de tamanha quantidade de urânio causou grande preocupação e muitas questões.

Mas com um estudo mais completo do minério no depósito, os cientistas também descobriram uma grande quantidade dos chamados produtos de decomposição do urânio 235.

Isso sugeriu que o urânio 235 extraído já havia funcionado no reator e foi devolvido ao solo.

E, à primeira vista, isso é um absurdo completo, mas um trabalho posterior no depósito mostrou que este é um objeto único - o único reator nuclear natural do mundo.

O princípio de operação de um reator nuclear natural em Oklo

O reator esteve em fase ativa por muito tempo, ou seja, cerca de 2 bilhões de anos atrás. Além disso, naquela época a concentração de urânio no minério era de 3%, assim como nos modernos reatores nucleares.

A natureza resolveu o problema de desacelerar os nêutrons às custas da água subterrânea, uma vez que descobriu que o minério de urânio estava imerso na camada de água subterrânea. E foi essa água que desacelerou os nêutrons que reagiram e desencadearam uma reação nuclear em cadeia.

E se a água estivesse constantemente no "reator", então a reação cada vez maior passaria para um estado supercrítico e uma explosão inevitavelmente ocorreria.

Mas o reator natural em Oklo nunca entrou em um estado tão crítico. Afinal, a água tanto inicia a reação quanto pode interrompê-la.

A figura acima mostra uma seção transversal do reator Oklo. Assim, a passagem da água pelo reator desencadeou uma reação em cadeia e deixou essa área muito quente, depois de certo tempo a água ferveu e evaporou. Assim, a reação parou, já que não havia nada para desacelerar os nêutrons.

Quando o reator esfriou, a água foi novamente coletada e a reação foi iniciada. O reator permaneceu neste estado de "funcionamento" por muitos anos, até que a concentração de urânio caiu a tal nível que não foi mais possível atingir o estado de criticidade.

Era assim que funcionava o único reator natural de Oklo, e os cientistas chegaram a calcular que sua potência era de cerca de 100 kW.

Esse fato indica que, à primeira vista, um fenômeno impossível na natureza pode muito bem existir e a natureza ainda é uma inventora.

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