Réacteur nucléaire naturel unique à Oklo, historique de son ouverture et principe de fonctionnement

Nous sommes tous habitués au fait qu'un réacteur nucléaire est une structure d'ingénierie complexe, qui a été relativement récemment inventé par l'humanité et conçu pour apporter des avantages grâce à un contrôle réaction nucléaire.

Mais notre nature est si unique et diversifiée qu'elle a créé son propre réacteur nucléaire naturel, qui a réussi à fonctionner pendant plus de cent ans, et c'était il y a près de deux milliards d'années. L'histoire de la découverte et le principe de fonctionnement de ce phénomène naturel seront discutés dans le matériel d'aujourd'hui.

Comment un réacteur nucléaire naturel a été découvert

Ainsi, 1956, la guerre dite froide bat son plein, et chaque pays plus ou moins grand s'efforce d'obtenir de l'uranium 235 afin d'entrer dans le club fermé des puissances nucléaires. La France a également manifesté la même volonté, mais elle n'a pas réussi à trouver de gisements d'uranium sur son territoire.

Mais heureusement, les spécialistes français ont réussi à trouver la riche région d'Oklo dans un pays comme le Gabon (la France avait le pouvoir sur ce pays en tant que métropole). Mais l'uranium extrait dans ce gisement s'est avéré très étrange. Après tout, il avait l'air d'avoir déjà visité un réacteur en fonctionnement.

Ceci est devenu connu après l'analyse spectrométrique de masse habituelle effectuée en 1972 au concentrateur.

C'est juste que les ingénieurs ont été confrontés à un phénomène naturel unique - un réacteur nucléaire naturel, qui, en fin de compte, avait fonctionné avec succès pendant environ deux milliards d'années.

Le principe de la réaction nucléaire et la demi-vie de l'uranium 235

Plusieurs isotopes de l'uranium peuvent être trouvés dans la nature, mais seul l'uranium 235 convient aux travaux dans les réacteurs nucléaires et au remplissage des bombes nucléaires. De plus, la demi-vie de cet isotope est de 700 millions d'années, et à la suite de cette désintégration, du thorium 231 est formé.

Mais il suffit d'influencer l'uranium 235 avec un neutron lent, car il se désintègre immédiatement. C'est ce qui rend cet élément si unique.

Il existe de nombreuses sources de rayonnement neutronique dans la nature qui sont tout à fait capables de déclencher une réaction de désintégration. Mais ils se déplacent trop vite pour interagir avec l'uranium 235, ce qui signifie qu'ils doivent passer par une phase de décélération par des influences extérieures.

Il s'avère que si vous mettez de l'U235 dans de l'eau ordinaire, il ralentit suffisamment les neutrons et ils seront absorbés par l'uranium 235. Cela produira l'isotope uranium 236, qui est extrêmement instable et se désintègre rapidement en baryum 141 et krypton 92, ainsi que trois neutrons de haute énergie.

Ainsi, dès que les trois neutrons alloués sont ralentis par l'eau, ils peuvent également être déjà absorbés trois isotopes de l'uranium 235, qui, à leur tour, subiront également un processus de désintégration avec libération de neutrons. Cela provoquera une réaction en chaîne exponentiellement croissante de la fission nucléaire.

Les scientifiques ont appris depuis longtemps à effectuer ce qu'on appelle l'analyse du carbone, qui repose précisément sur la détermination de la fraction résiduelle d'uranium 235. À cet égard, tout est simple, si vous savez quand l'uranium s'est formé et que tous les 700 millions d'années sa part dans le minerai est divisée par deux, alors c'est une question de technologie de déterminer quelle est sa teneur dans le minerai.

On pense donc qu'absolument tout l'uranium de notre planète s'est formé à ce moment-là, puis notre Soleil est devenu une supernova, c'est-à-dire il y a environ 6 milliards d'années. Sur la base de ces données, nous constatons que la concentration d'uranium 235 dans le minerai d'uranium sur Terre devrait être de 0,72 %.

Mais l'analyse du minerai du gisement d'Oklo a montré une teneur de 0,717%. A première vue, la différence n'est pas significative, mais compte tenu de la taille du gisement, on a estimé qu'à Oklo il manque environ 200 kg d'uranium pur, et cela suffira pendant une minute pour créer plusieurs atomes bombes.

Je ne pense pas qu'il vaille la peine de dire qu'il n'y avait pas de limite à la surprise des Français, puisque, compte tenu de l'ensemble de la situation politique et la course aux armements en cours entre l'Union soviétique et les États-Unis, la « perte » d'une telle quantité d'uranium a suscité de vives inquiétudes et beaucoup de questions.

Mais avec une étude plus approfondie du minerai dans le gisement, les scientifiques ont également découvert une grande quantité de ce qu'on appelle les produits de désintégration de l'uranium 235.

Cela suggérait que l'uranium 235 extrait avait déjà travaillé dans le réacteur et avait été remis au sol.

Et, à première vue, c'est un non-sens complet, mais d'autres travaux sur le gisement ont montré qu'il s'agissait d'un objet unique - le seul réacteur nucléaire naturel au monde.

Le principe de fonctionnement d'un réacteur nucléaire naturel à Oklo

Le réacteur était en phase active depuis très longtemps, soit il y a environ 2 milliards d'années. De plus, à cette époque, la concentration d'uranium dans le minerai était de 3 %, tout comme dans les réacteurs nucléaires modernes.

La nature a résolu le problème du ralentissement des neutrons au détriment des eaux souterraines, puisqu'il s'est avéré que le minerai d'uranium était immergé dans la couche d'eau souterraine. Et c'est cette eau qui a ralenti les neutrons qui ont réagi et a déclenché une réaction nucléaire en chaîne.

Et si l'eau était constamment dans le "réacteur", alors la réaction toujours croissante passerait à un état supercritique et une explosion se produirait inévitablement.

Mais le réacteur naturel d'Oklo n'est jamais entré dans un état aussi critique. Après tout, l'eau déclenche à la fois la réaction et peut l'arrêter.

La figure ci-dessus montre une coupe transversale du réacteur d'Oklo. Ainsi, le passage de l'eau dans le réacteur a déclenché une réaction en chaîne et a rendu cette zone très chaude, puis au bout d'un certain temps, l'eau a bouilli et s'est évaporée. Ainsi, la réaction s'est arrêtée, puisqu'il n'y avait rien pour ralentir les neutrons.

Lorsque le réacteur s'est refroidi, de l'eau y a de nouveau été recueillie et la réaction a démarré. Le réacteur est resté dans cet état de "fonctionnement" pendant de nombreuses années, jusqu'à ce que la concentration en uranium chute à un niveau tel qu'il n'est plus possible d'atteindre l'état de criticité.

C'est ainsi que fonctionnait le réacteur naturel unique d'Oklo, et les scientifiques ont même calculé que sa puissance était d'environ 100 kW.

Ce fait indique qu'à première vue, un phénomène impossible dans la nature peut bien exister et la nature est toujours un inventeur.

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