Η απίθανη περίπτωση ενός φυσικού πυρηνικού αντιδραστήρα

Δύο δισεκατομμύρια χρόνια πριν ανακαλυφθεί από την επιστήμη η πυρηνική σχάση, ένας φυσικός αντιδραστήρας βρισκόταν ήδη σε λειτουργία εκεί όπου σήμερα βρίσκεται η Γκαμπόν στην ανατολική Αφρική.

Η ιστορία της ανακάλυψης του πρώτου και μοναδικού φυσικού αντιδραστήρα που γνωρίζουμε ξεκινά το 1972, όταν ο φυσικός Φράνσις Πέριν περιεργαζόταν ένα δείγμα μεταλλεύματος ουρανίου σε εργοστάσιο παραγωγής πυρηνικών καυσίμων για αντιδραστήρες.

«Δεν είναι δυνατόν» σκέφτηκε ο φυσικός καθώς κρατούσε το σκούρο πέτρωμα από την Αφρική.

Τοι πρόβλημα ήταν ότι το δείγμα είχε περιεκτικότητα 0,717% σε ουράνιο-235, το σχάσιμο ισότοπο που χρησιμοποιείται σε αντιδραστήρες και πυρηνικά όπλα, αντί για το 0,720% που μετράται σε όλα τα φυσικά κοιτάσματα ουρανίου στη Γη.

«Αν απομονώνατε ουράνιο από τον φλοιό της Γης, ή από βράχους από τη Σελήνη από μετεωρίτες, αυτή είναι η τιμή που θα βρίσκατε» εξηγεί σε άρθρο της η Διεθνής Υπηρεσία Ατομικής Ενέργειας.

Όλο το υπόλοιπο αντιστοιχεί στο μη σχάσιμο ουράνιο-235 και μικροποσότητες του σπάνιου ισοτόπου U-234.

Η διαφορά ανάμεσα στο 0,717 και το 0,720 τοις εκατό μπορεί να ακούγεται μικρή, ήταν όμως αρκετή για να κάνει τον Πέριν και τους συναδέλφους του να ξύνουν τα κεφάλια τους.

Η μόνη λογική εξήγηση ήταν ότι το U-25 πρέπει να είχε καταναλωθεί σε αντιδράσεις σχάσης, κατά τις οποίες ένα βαρύ χημικό στοιχείο μετατρέπεται σε ελαφρότερα.

Κι όμως, περαιτέρω αναλύσεις έδειξαν ότι το μετάλλευμα της Γκαμπόν είχε απολύτως φυσική προέλευση και περιείχε μάλιστα παράγωγα αντιδράσεων σχάσης, σύμφωνα με μελέτη της αμερικανικής γεωλογικής υπηρεσίας USGS.

Νέες μετρήσεις έδειχναν μάλιστα ότι σε κάποια άλλα σημεία του ορυχείου στη Γκαμπόν το ποσοστό του ουρανίου-245 έπεφτε στο απίθανα χαμηλό ποσοστό του 0,4%.

Η μόνη εξήγηση που έμενε στο τραπέζι ήταν το U-235 πρέπει να είχε υποστεί αυθόρμητη σχάση κάποια στιγμή στο παρελθόν.

Οι αναλύσεις υποδεικνύουν ότι αυτό συνέβη πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το ουράνιο-235 ήταν πιο άφθονο από ό,τι σήμερα. Στο κοίτασμα περιοχής του Όκλο στη Γκαμπόν, το U-235 πρέπει να ξεπερνούσε τότε την «κρίσιμη μάζα» που απαιτείται για την έναρξη αλυσιδωτών αντιδράσεων σχάσης.

Εκτός όμως από αρκετό ουράνιο-235, το υπέδαφος του Όκλο προσέφερε και ένα άλλο απαραίτητο συστατικό: το νερό, το οποίο χρησιμοποιείται σήμερα στους περισσότερους αντιδραστήρες ως ρυθμιστής των πυρηνικών αντιδράσεων.

Συγκεκριμένα, το νερό επιβραδύνει τα νετρόνια που απελευθερώνονται από την αντίδραση σχάσης. Αυτή η μείωση της ταχύτητας επιτρέπει στα νετρόνια να διασπούν άλλα άτομα U-235 ώστε να συνεχιστεί η αλυσιδωτή αντίδραση.

Όπως φαίνεται μάλιστα ο φυσικός αντιδραστήρας της Γκαμπόν πέρασε από πολλούς κύκλους λειτουργίας: Κάθε φορά που το νερό εξατμιζόταν λόγω της θερμότητας, οι πυρηνικές αντιδράσεις σταματούσαν μέχρι να εισρεύσει μια νέα ποσότητα νερού.

Τελικά, έπειτα από χιλιάδες τέτοιους κύκλους, η περιεκτικότητα σε U-235 έπεσε κάτω από ένα κρίσιμο όριο και οι αντιδράσεις σταμάτησαν.

Δεδομένου ότι η περιεκτικότητα των κοιτασμάτων σε U-235 πέφτει ούτως ή άλλως με την πάροδο του χρόνου, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τέτοιοι φυσικοί αντιδραστήρες αποκλείεται να παραμένουν ενεργοί μέχρι σήμερα.

Ίσως στο παρελθόν υπήρξαν κι άλλοι φυσικοί αντιδραστήρες, οι οποίοι είτε καταστράφηκαν από γεωλογικές διαδικασίες είτε δεν έχουν ακόμα ανακαλυφθεί.