Afrikában volt egy természetes atomreaktor

1972 májusában francia atomtudósok urán után kutattak egy gaboni bányában, Nyugat-Afrikában. Ekkor fedezték fel, hogy a területen volt egy természetes nukleáris reaktor, ami spontán jött létre valamikor 1,7 milliárd évvel ezelőtt. 100 kilowattnak megfelelő energiát termelt, hasonlóan a fissziós (hasadáson alapuló), ember által épített atomerőművekhez.

Az atomreaktorok úgy működnek, hogy valamilyen izotópot, leggyakrabban urán-235-öt bombáznak neutronokkal. “A beérkező neutronok hatására a bombázott izotóp két kisebb atommagra hasad. A reakciót nagy felszabaduló energia, valamint keletkező szabad neutronok kísérik. Ezen szabad neutronok további magokat tudnak hasítani, velük lehet fenntartani a láncreakciót.

Egy tipikus reaktorban minden ütközés újabb két neutront szabadít fel, így amíg van elég urán-235, újabb reakciók jönnek létre: ez a láncreakció. Ennek a kontrollálásával (a felszabaduló neutronok lassításával), és a keletkező energia átalakításával nyerhető elektromos áram.

Nem ilyen egyszerű

Az urán az egyik legnehezebb elem, atomtömege 238,03. A természetben három izotópja fordul elő, az U-238 (ez az teljes izotópkészlet 99,3 százalékát jelenti), az urán-235 (ez 0,7 százalékot tesz ki), az urán-234-et pedig mérni sem érdemes, olyan kevés van belőle. Az urán 238-nak nem túl jó a reakcióképessége, nem használható atomerőművekben. A 235 viszont igen.

Ahhoz, hogy jól használható legyen, növelni kell az arányát a használt uránon belül, nagyjából öt százalék körülire, ezt nevezik urándúsításnak. Ez tipikusan úgy történik, hogy az uránt gázzá alakítják, urán-hexafluorid, aztán szétválogatják a súlya alapján. Mivel a 234-es és 235-ös izotópok könnyebbek, mint a 238, már elérhető olyan összetétel, ami jó a rektorokba.

Csak elmélet van rá, hogyan működött

Érdekes kérdés, hogyan jöhetett létre természetes módon reaktor, ha az urán izotópja önmagában annyira stabil, hogy dúsítani kell a rendes működéshez. A 235-ös izotópnak jóval rövidebb felezési ideje van, mint a 238-asnak, így a távoli múltban sokkal gyakoribb előfordulásúnak kellett lennie, mint ma.

Két elmélet van arról, hogyan működhetett a Gabonban talált természetes reaktor. Az egyik szerint az uránt talajvíz borította, ami moderálta a neutronokat, azaz lassította őket, akárcsak a mai leggyakoribb reaktortípusokban. Az így keletkező energia felmelegítette a vizet, ami elpárolgott, így a reakció megállt. Ezután visszatért a víz, és az egész folyamat újraindult, amíg az izotóp koncentrációja annyira alacsony nem lett, hogy a folyamat megállt.

A második, kevésbé elismert elmélet szerint a természetes reaktor több ritka elemet kibocsátott, szamáriumot, gadolíniumot és diszpróziumot, ezek állították meg a láncreakciót. Cikkünk megjelenése után több magyar atomtudós jelezte, hogy ez az elmélet teljes tévedés: ezek az elemek ugyanis mindig keletkeznek a maghasadás során, de olyan kis mennyiségben, hogy az csak kissé befolyásolják a láncreakciót. Ha nem így lenne, mindig megállna a láncreakció. 

Honnan tudjuk hogy létezett?

Az 1972-es francia vizsgálat szerint az urán-235 koncentráció a területen sokkal alacsonyabb, mint a természetben tipikusan, pontosan annyira, mint azoknál az elemeknél, amelyek reaktorban voltak. Ezen kívül a területen találtak neodímiumot és ruténiumot, illetve az izotópjaikat, amelyek mindig együtt járnak az uránium-235 hasadásával.

2004-ben amerikai fizikusok kimutatták a cirkónium, cérium és stroncium jelenlétét is, amik szintén nukleáris reakcióval járnak. Sőt, itt a legnagyobb a xenon és a kripton koncentrációja a Földön, ami ugyanerre utal. Ma már sehol a Földön a természetben nincs akkora koncentrációban urán-235, hogy kialakuljon egy spontán reaktor.