Oklo georeaktor

Allikas: Vikipeedia
Gabon
Gabon, Haut-Ogooué provints

Oklo georeaktor on Gabonis paiknev uraanimaardla, kus kunagi esines lõhustumisreaktsioon, mis töötas nagu tänapäevane kiire briider-tüüpi reaktor[1].

Georeaktoriks nimetatakse olukorda, kui pinnases kuhjub piisavas koguses ja kontsentratsioonis uraani (oluline on ka uraani isotoopide suhe), et algaks ahelreaktsioon. Selline olukord tekkis paleosoikumis praeguses Gabonis (Ekvatoriaal-Aafrikas) Haut-Ogooué provintsis. Sobivatel tingimustel algas reaktsioonide ahel, mida kasutavad paljud tuumareaktorid aatomielektrijaamades ja mille tulemuseks on palju kergemaid aatomite tuumi.[2]

Oklo uraanimaardla uurimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Uraanimaak

Esimesena käis loodusliku tuumareaktori idee välja Paul Kuroda 1956. aastal.[3]

Loodusliku tuumajaama ideeni viis uraani 238U ja 235U isotoopide ebatavalise suhte avastamine Mounanas asuvates uraanimaardlates. Prantsuse füüsik Francis Perrin leidis 1972. aastal Oklo uraanilademe kihtidest kahe haruldase muldmetalli, neodüümi ja samaariumi isotoope. Need keemilised elemendid tekivad tuumareaktsioonide käigus. Sealsete uraaniproovide täpsemal analüüsil leiti, et 235U tase oli tavalise 0,7202% asemel 0,7171%[4] , mis on 4%erinev tavalisest looduslikust maagist. Lisaks oli Oklos eelpool mainitud 142Nd] osakaal 6% tavalise 27% asemel ja 99Ru isotoopi leiti 27–30% oodatud 12,7% asemel.

Looduses moodustab 238U 99,3% ja 235U 0,7% kogu uraanist. Uraani isotoopide suhe on väga sarnane ka Kuu pinnase proovides ja isegi meteoriidi proovides, seetõttu tõlgendati esialgu tühisena tunduv erinevus olulise anomaaliana. Kõrvalekalded isotoopide suhtest viitavad sellele, et lisaks tavalisele radioaktiivsele lagunemisele on ainega toimunud ka teistsuguseid protsesse. Isotoopide suhe Oklo uraanis sarnaneb tänapäevaste tuumareaktorite lõpp-produktide omaga. Sellest järeldati, et Oklos on kunagi toimunud tuumareaktsioonid. Oklo uraanikaevanduse tsoone, kus uraani isotoopide suhe erineb looduslikust, tuntakse looduslike fossiilreaktoritena. Kokku arvatakse Oklo läheduses olevat 16 reaktoritsooni. Oklo uraanivarude vanust hinnati 1,7 miljardile aastale.

Oklo georeaktori pinnakihtide läbilõige
1. Reaktori piirkonnad
2. Liivakivi
3. Uraanimaagi kiht
4. Graniit

Georeaktori tööpõhimõte ja võimsus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tuumareaktsiooni toimumiseks peavad olema täidetud järgmised tingimused:

  • piisavas koguses ja kontsentratsioonis 235U (vm tuumareaktsiooniks sobilik element, piisavas koguses ja kontsentratsioonis)
  • neutroneid neelavate elementide nt kaadmiumi või plii puudumine
  • aeglusti olemasolu. Aeglustiks sobib kerge element, nt naatrium või vesinik, samuti nende ühendid, vesi ja soolad (vt sulasoolareaktor).

Reaktorite töötamise algusajal oli 3% sealsest uraanist 235U. See on piisav kontsentratsioon tuumareaktsioonide algamiseks. Väga tähtis on ka vee olemasolu. Nimelt aeglustab vesi neutroneid. Kiired neutronid ei suuda tuumi lõhustada (kuigi on ka reaktoreid, mis töötavad kiiretel neutronitel). Oklos filtreerus vesi maapõues asuvasse uraanilademesse läbi kivimilõhede. Vesi pidurdas neutrone piisavalt, et võiks alata tuumareaktsioon. Selline etapp kestis pool tundi. Tuumareaktsioonide tulemusena eraldus suur hulk soojust. Kui kõrge temperatuuri tõttu vesi aurustus, jäi reaktor seisma. 2–2½ tunni jooksul imbus uus vesi taas uraani ümber ja tuumareaktsioonid käivitusid uuesti. Seega lülitus reaktor iga paari tunni tagant pooleks tunniks sisse.[5] Sellise režiimiga töötasid Oklo georeaktorid umbes poole miljoni aasta vältel. Lõplikult peatusid nad siis, kui 235U kontsentratsioon muutus reaktsioonide toimumise jaoks liiga madalaks.

Reaktoru aktiivne periood kestis pool miljonit aastat. Selle jooksul töötas reaktor keskmiselt 100 kW võimsusega.[6][7]. Oklos vabanenud energia on ekvivalentne keskmise tuumareaktori 4 aasta toodanguga. Protsessi käigus lagunes 10 tonni 235U ja 238U-st tekkis ligi 4 tonni 239Pu. Reaktor peatus 1½ miljardit aastat tagasi. Selleks ajaks oli 235U osakaal langenud nii madalale, et ahelreaktsioon lõppes.

Tekkinud jäätmed[muuda | redigeeri lähteteksti]

Washingtoni ülikooli teadlased on uurinud ksenoonisisaldust Oklo reaktoritsooni kivimites. Väärisgaas ksenoon on üks 235U lõhustumisreaktsiooni vahesaadusi. Kivimite perioodilisel jahtumisel jäi gaas neisse lõksu. Washingtoni ülikooli töögrupp määras ksenoonisisaldust, et analüüsida fossiilse reaktori tööperioodi pikkust. Looduslike reaktorite töötamise tulemusena tekkinud radioaktiivsed jäätmed mattusid maa alla. Enamik reaktsioonides tekkinud lõhustusprodukte, sealhulgas kergesti liikuvad radionukliidid, on kahe miljardi aasta möödudes jäänud reaktoritsooni ligidale. Need on kinnistunud graniiti, savisse ja liivakivisse, mis ei lase jäätmetel sattuda kontakti põhjaveega. Plutoonium on kahe miljardi aastaga liikunud umbes kolm meetrit oma tekkekohast. Eriti oluline roll lõhestusradionukliidide kinnistamisel on raual ja savil.

Kui tavalises reaktoris jäävad lõhustumisproduktid kütuseelementidesse, siis muutuvad kütusevardad pikapeale kasutuskõlbmatuks ja need tuleb vahetada uute vastu. Georeaktoris tõusevad lõhestusproduktid, mis on keskeltläbi poole kergemad kui ematuum, selles tihedas keskkonnas kõrgemale ega takista algset reaktsiooni.[8]. Teaduses pakuvad sellised leiud võimalust tuumajaamade jäätmete mõju ja levikut keskkonnas hinnata. See aitab paremini planeerida tuumajaamades tekkivate radioaktiivsete jäätmete ladustamise planeerimist.

Šveitsis asuv NAGRA (Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle), riiklik organisatsioon, mis tegeleb riigi tuumajäätmete ladestamisega ja sellealaste uuringutega, mainib oma raportis, et selliseid looduslikke "ohutuid" ladestumisi ei tohiks ületähtsustada. Nende abil saab aga hinnata praeguste matmissügavuste sobivust.[9]

Sarnaseid leide[muuda | redigeeri lähteteksti]

Arvatavasti polnud Oklo reaktorid ainulaadsed ja taolisi looduslikke tuumareaktoreid leidus mujalgi. Praeguseks pole aga suudetud ühtegi teist fossiilreaktorit kindlaks teha. Tänapäeval sellised spontaansed tuumareaktsioonid enam toimuda ei saaks, sest 235U tase looduslikus uraanimaagis on radioaktiivse lagunemise tõttu liiga madalale langenud.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. http://www.horisont.ee/node/291
  2. http://www.aai.ee/~viik/georeactor.pdf
  3. Kuroda, P. K. (1956). "On the Nuclear Physical Stability of the Uranium Minerals". Journal of Chemical Physics 25 (4): 781–782; 1295–1296. doi:10.1063/1.1743058. Bibcode1956JChPh..25..781K. 
  4. Robert Loss (25. oktoober 2005). "Oklo Fossil Reactors – Who discovered these Natural Fossil Reactors?". Curtin University of Technology Australia. Vaadatud 8.02.2009.
  5. Meshik, A. P.; jt (2004). "Record of Cycling Operation of the Natural Nuclear Reactor in the Oklo/Okelobondo Area in Gabon". Physical Review Letters 93 (18): 182302. doi:10.1103/PhysRevLett.93.182302. PMID 15525157. Bibcode2004PhRvL..93r2302M. 
  6. Meshik, A. P. (November 2005). "The Workings of an Ancient Nuclear Reactor". Scientific American. 
  7. Gauthier-Lafaye, F.; Holliger, P.; Blanc, P.-L. (1996). "Natural fission reactors in the Franceville Basin, Gabon: a review of the conditions and results of a "critical event" in a geologic system". Geochimica et Cosmochimica Acta 60 (25): 4831–4852. doi:10.1016/S0016-7037(96)00245-1. Bibcode1996GeCoA..60.4831G. 
  8. http://www.aai.ee/~viik/georeactor.pdf Georeaktor, lk 9
  9. nagra info 22, November 2006, S. 3

Kirjandus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]