Многие люди думают, что ядерная энергетика является изобретением человечества, а некоторые даже считают, что она нарушает законы природы. Но ядерная энергетика на самом деле является природным явлением, и жизнь не могла бы существовать без неё. Все потому, что наше Солнце (и любая другая звезда) сама по себе гигантская электростанция, освещая Солнечную систему с помощью процесса, известного как термоядерный синтез.

Люди, однако, чтобы генерировать эту силу используют другой процесс, называемый ядерным делением, при котором энергия высвобождается путем расщепления атомов, а не объединяя их, как в процессе сварки. Независимо от того, насколько изобретательным может показаться человечество, этот способ природа также уже использовала. В единственном, но хорошо задокументированном месте, ученые нашли доказательства того, что природные реакторы деления были созданы в трех урановых месторождениях в западной африканской стране Габон.

Два миллиарда лет назад, минеральные залежи богатые ураном начали затапливаться грунтовыми водами, вызывая самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию. Рассматривая уровни определенных изотопов ксенона (побочного продукта процесса деления урана) в окружающую породу, ученые определили, что естественная реакция протекала на протяжении нескольких сотен тысяч лет с интервалами около двух с половиной часов.

Таким образом, природный ядерный реактор в Окло действовал на протяжении сотен тысяч лет, пока большая часть делящегося урана не была исчерпана. В то время как большая часть урана в Окло является не делящемся изотопом U238, необходимо лишь 3% делящегося изотопа U235 для начала цепной реакции. Сегодня процент делящегося урана в месторождениях составляет около 0,7%, что свидетельствует о том, что в течение относительно длительного периода времени в них проходили ядерные процессы. Но именно точная характеристика пород из Окло первой озадачила ученых.

Низкие уровни U235 впервые были замечены в 1972 году сотрудниками фабрики по обогащению урана Пьерлате во Франции. В ходе рутинного масс-спектрометрического анализа проб из рудника Окло, было обнаружено, что концентрация делящегося изотопа урана отличалась на 0,003 % от ожидаемого значения. Эта, казалось бы, небольшая разница была достаточно существенной, чтобы предупредить власти, которые были обеспокоены тем, что пропавший уран может быть использован для создания ядерного оружия. Но позже, в этом же году, ученые нашли ответ на эту загадку - это был первый природный ядерный реактор в мире.

В 1972 году в Африке на территории республики Габон был обнаружен древний ядерный реактор. Вначале ученые нашли богатые залежи урановой руды. Когда проверили её состав оказалось, что эта руда уже использована.

Учитывая возраст древнего реактора в 2 миллиарда лет, кто мог создать его для получения энергии в те далекие времена? Самый достоверный ответ — это сделала одна из прошлых цивилизаций людей на Земле.

Огромные запасы урановой руды оказались использованы

Обнаруженный в Габоне (местность Окло) источник урановой руды является крупнейшим в мире. Потому он вызвал интерес учёных многих стран после сообщения французских геологов. Стали исследовать состав урановой руды. Выяснилось, что порода содержит много урана-238 и совсем мало урана-235, который интересует людей. Уран-238 по сути является отработанным ядерным топливом.

Образцы урановой руды из Окло (Габон).

Кто же построил сложнейший ядерный реактор 2 миллиарда лет назад? Сложная конструкция реактора в Африке с его 16 энергоблоками говорит о высоком технологическом уровне его создателей в те далекие времена.

За миллионы лет конструкции строений ядерного реактора могли рассыпаться в прах. Однако радиоактивные изотопы продолжают излучать энергию спустя тысячи лет. Отработанный уран-238 говорит о тысячелетиях работы гигантского атомного реактора. Небольшие остатки урана-235, который используют в производстве энергии, указывают на места хранилищ топлива для реактора древней цивилизации.

Факты есть, но наука молчит про древний ядерный реактор

Вот тут и начинается обычная история, когда современная наука не хочет признавать факты, выдавая их за ошибку. Если не получается признать ошибкой, то эти факты просто замалчивают. Что и произошло с древним ядерным реактором прошлой цивилизации в Габоне.

Версии происхождения древнего ядерного реактора

Природный ядерный реактор

Самая расхожая версия учёных — в Окло нашли природный ядерный реактор. Якобы богатые урановые руды затапливались водой, что вызвало ядерную реакцию. Вразумительных пояснений, как удалось «природе» запустить реактор и поддерживать его работы тысячелетиями не последовало.

Месторождения урана-235 имеются в разных частях мира, но там не возникло природного ядерного реактора, воспроизводящего работу хотя бы одного энергоблока. Напомним, что в Габоне нашли 16 очагов с отработанным ядерным топливом!

Нигде в мире больше не найдено таких огромных запасов отработанного урана-238. Физики сомневаются, что возможна выработка в природных условиях этого элемента в таких количествах. До сих пор расщепление урана производится лишь в искусственной среде с помощью человека.

Ядерный могильник пришельцев

За эту версию выступает удобное местоположение залежей урана. Местность Окло характеризуется стабильной поверхностью Земли. Запасы урана покоятся в недрах толстой базальтовой плиты. Тут не бывает землетрясений и других природных катаклизмов.

Инопланетяне гипотетически могли использовать этот район для захоронения остатков ядерного производства. Но имело ли смысл это делать именно на Земле? Сомнений добавляет и наличие урана-235, как и 16 очагов, напоминающих конструкцию гигантского, некогда действующего, реактора.

Народные легенды

В легендах и устных поверьях народа населяющего эту местность говорится о древней расе полу-богов. В далекие времена, согласно легендам, в провинции Окло жила развитая могущественная цивилизация, которая искала в скалах сокровище, чтобы стать непобедимыми. Аборигены считают место, где находится древний ядерный реактор загадочным и мистическим.

Наверное учёным стоило серьёзнее прислушаться к рассказам местных жителей. Народная мудрость не возникает на пустом месте, а может служить источником знаний для раскрытия тайн науки и жизни.

Уроки прошлых цивилизаций

Сегодня есть ученые и историки, которые понимают, что эту Землю населяла не одна наша цивилизация. Достаточно вспомнить уникальные находки подтверждающие, что существовала , , цивилизация майя, , человечество — сколько загадочных древних цивилизаций видела наша планета?

Уже найдено множество доказательств явлений, выходящих за рамки представлений современной науки. , сверхспособности, древние цивилизации — всё это могло бы помочь людям осознать смысл своего пребывания на Земле и предотвратить печальный конец нашего человечества.

Идя по пути отвержения божественного начала мира, учёные загоняют себя в угол узкими рамками научных догм. Замысел Творца сложно понять живущим в мире постоянной конкуренции и борьбы. Если выбрать путь возвращения к своим традициям, переданным Создателем людям, возможно сможет уцелеть, в отличие от многих других предшествующих цивилизаций на Земле.

В Западной Африке, недалеко от экватора, в местности, располагающейся на территории государства Габон, учёными была сделана удивительная находка. Произошло это в самом начале 70-х годов прошлого столетия, но до сих пор представители научного сообщества не пришли к единому мнению - что же такое было найдено?

Залежи урановой руды - явление обычное, хотя и достаточно редкое. Однако урановый рудник, обнаруженный в Габоне, оказался не просто месторождением ценного ископаемого, он работал как… самый настоящий ядерный реактор! Были обнаружены шесть урановых зон, в которых протекала самая настоящая реакция деления ядер урана!

Как показали исследования, реактор был запущен около 1900 миллионов лет назад и проработал в режиме медленного кипения несколько сотен тысяч лет.

Мнения представителей науки по поводу феномена разделились. Основная масса учёных мужей взяла сторону теории, согласно которой, ядерный реактор в Габоне запустился самопроизвольно в силу случайного совпадения условий, необходимых для подобного запуска.

Однако далеко не всех устроило такое предположение. И на то были веские причины. Многие вещи говорили о том, что реактор в Габоне хоть и не имеет частей внешне похожих на творения мыслящих существ, всё же является продуктом деятельности разумных.

Приведём несколько фактов. Тектоническая активность в местности, в которой был найден реактор, на период его работы была необычайно высока. Однако исследования показали, что малейший сдвиг пластов грунта обязательно бы привёл к остановке реактора. Но поскольку реактор проработал не одну сотню тысячелетий, этого не произошло. Кто или что заморозил тектонику на период работы реактора? Может, это сделали те, кто его запустил? Далее. В качестве замедлителя, как уже было сказано, использовались грунтовые воды. Для обеспечения постоянной работы реактора, кто-то должен был регулировать выдаваемую им мощность, так как при её избытке произошло бы выкипание воды и остановка реактора. Эти и некоторые другие моменты наводят на мысль, что реактор в Габоне - вещь искусственного происхождения. Но кто на Земле обладал подобными технологиями два миллиарда лет тому назад?

Как не крути, ответ прост, хотя и несколько банален. Сделать такое могли только пришельцы из Космоса. Вполне возможно, они прибыли к нам из центральной области Галактики, где звёзды намного древнее Солнца, а их планеты старше. В тех мирах жизнь имела возможность зародиться гораздо раньше, в те времена, когда Земля представляла собой ещё не очень уютный мир.

Зачем инопланетянам понадобилось создавать стационарный ядерный реактор высокой мощности? Кто знает… Может, они оборудовали на Земле «станцию космической подзарядки», а может…

Существует гипотеза, что высокоразвитые цивилизации на определённом этапе своего развития «берут шефство» над зарождающейся на других планетах жизнью. И даже прикладывают руку к тому, чтобы превратить безжизненные миры в пригодные для жизни. Может те, кто построил африканское чудо, принадлежали именно к таким? Может, они использовали энергию реактора для терраформирования? Учёные ведь до сих пор спорят, как возникла земная атмосфера, так богатая кислородом. Одним из предположений является гипотеза об электролизе вод Мирового океана. А электролиз, как известно, требует много электричества. Так может пришельцы создали габонский реактор для этого? Если так, то он, по-видимому, не является единственным. Очень может быть, что когда-нибудь будут найдены и другие, ему подобные.

Как бы там ни было, габонское чудо заставляет нас думать. Думать и искать ответы.

Король А.Ю. - студент 121 класса СНИЯЭиП (Севастопольский национальный институт ядерной энергии и промышленности.)
Руководитель - к.т.н. , доцент кафедры ЯППУ СНИЯЭиП Вах И.В., ул. Репина 14 кв. 50

В Окло (урановый рудник в государстве Габон, вблизи экватора, западная Африка) 1900 миллионов лет назад работал природный ядерный реактор. Было выделено шесть "реакторных" зон, в каждой из которых обнаружены признаки протекания реакции деления. Остатки распадов актиноидов указывают на то, что реактор работал в режиме медленного кипения на протяжении сотен тысяч лет.

В мае - июне 1972 года при рядовых измерениях физических параметров партии природного урана поступившего на обогатительную фабрику французского города Пьерлате из африканского месторождения Окло (урановый рудник в Габоне, государстве, расположенном вблизи экватора в Западной Африке) обнаружилось, что изотопа U - 235 в поступившем природном уране меньше стандартного. Было обнаружено, что в уране содержится 0,7171% U - 235. Нормальное значение для природного урана 0,7202%
U - 235. Во всех урановых минералах, во всех горных породах и природных водах Земли, а также в лунных образцах это соотношение выполняется. Месторождение в Окло пока единственный, зарегистрированный в природе случай, когда это постоянство было нарушено. Разница была незначительная - всего лишь 0,003%, но тем не менее она привлекла внимание технологов. Возникло подозрение, что имела место диверсия или похищение делящегося материала, т.е. U - 235. Однако оказалось, что отклонение в содержание U-235 прослеживалось вплоть до источника урановой руды. Там в некоторых пробах было обнаружено менее 0,44% U-235.пробы брали повсюду по руднику и показали систематическое уменьшение содержания U-235 поперёк некоторых жил. Эти рудные жилы имели толщину более 0,5 метров.
Предположение, что U-235 "выгорел", как это бывает в топках ядерных электростанций, поначалу прозвучало как шутка, хотя для того имелись серьёзные основания. Расчёты показали, что если массовая доля грунтовых вод в пласте составляет около 6% и если природный уран обогащён до 3% U-235, то при этих условиях может начать работать природный ядерный реактор.
Поскольку рудник находится в тропической зоне и довольно близко к поверхности, то существование достаточного количества грунтовых вод весьма вероятно. Соотношение изотопов урана в руде было не обычным. U-235 и U-238 - радиоактивные изотопы с различными периодами полураспада. U-235 имеет период полураспада 700 млн. лет, а U-238 распадается с периодом полураспада в 4,5 млрд. Изотопное содержание U-235 находится в природе в процессе медленного изменения. Например, 400 млн. лет назад в природном уране должен был быть 1% U-235, 1900 млн. лет назад его было 3%, т.е. необходимое количество для "критичности" жилы урановой руды. Считается, что именно тогда реактор Окло находился в состоянии работы. Было выделено шесть "реакторных" зон, в каждой из которых обнаружены признаки протекания реакции деления. Например, торий от распада U-236 и висмут от распада U-237 были обнаружены только в реакторных зонах в месторождении Окло. Остатки от распада актиноидов указывают на то, что реактор работал в режиме медленного кипения на протяжении сотен тысяч лет. Реакторы были саморегулирующимися, так как чересчур большая мощность привела бы к полному выкипанию воды и к остановке реактора.
Как же природе удалось создать условия для цепной ядерной реакции? Сначала в дельте древней реки образовался богатый урановый рудой слой песчаника, который покоился на крепком базальтовом ложе. После очередного землетрясения обычного в то буйное время базальтовый фундамент будущего реактора опустился на несколько километров, потянув за собой урановую жилу. Жила растрескалась, в трещины проникла грунтовая вода. Затем очередной катаклизм поднял всю "установку" до современного уровня. В ядерных топках АЭС топливо располагается компактными массами внутри замедлителя гетерогенный реактор. Так получилось и в Окло. Замедлителем служила вода. В руде появились глинистые "линзы", где концентрация от природного урана от обычных 0,5% повысилась до 40%. Как образовались эти компактные глыбы урана, точно не установлено. Возможно их создали фильтрационные воды, которые уносили глину и сплачивали уран в единую массу. Как только масса и толщина слоёв, обогащённых ураном, достигла критических размеров, в них возникла цепная реакция, и установка начала работать. В результате работы реактора образовалось около 6 тонн продуктов деления и 2,5 тонны плутония. Большинство радиоактивных отходов осталось внутри кристаллической структуры минерала уранита, который обнаружен в теле руд Окло. Элементы, которые не смогли проникнуть сквозь решётку уранита из-за слишком большого или слишком маленького ионного радиуса, диффундируют или выщелачиваются. В течении 1900 млн. лет, прошедших со времён работы реакторов в Окло, по крайней мере половина из более чем тридцати продуктов деления оказались связанные в руде, несмотря на обилие грунтовых вод в этом месторождении. Связанные продукты деления включают в себя элементы: La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Y, Zr, Ru, Rh, Pd, Ni, Ag. Была обнаружена некоторая частичная миграция Pb, а миграция Pu была ограничена расстоянием меньше 10 метров. Только металлы с валентностью 1 или 2, т.е. те, которые обладают высокой растворимостью в воде, были унесены. Как и предполагалось, на месте почти не осталось Pb, Cs, Ba и Cd. Изотопы этих элементов имеют относительно короткие периоды полураспада десятки лет или меньше, так что они распадаются до нерадиоактивного состояния прежде, чем смогут далеко мигрировать в почве. Наибольший интерес с точки зрения долговременных проблем защиты окружающей среды представляют вопросы миграции плутония. Этот нуклид эффективно связан на срок почти 2 млн. лет. Так как плутоний к настоящему времени почти полностью распадается до U-235, то о его стабильности свидетельствует отсутствие избытка U-235 не только снаружи реакторной зоны, но также вне зёрен уранита, где образовывался плутоний во время работы реактора.
Существовал этот уникум природы около 600 тысяч лет и выработал примерно 13000000 кВт. час энергии. Его средняя мощность всего 25 кВт: в 200 раз меньше, чем у первой в мире АЭС, давшей в 1954 году электроэнергию подмосковному городу Обнинску. Но энергия природного реактора не расходовалась впустую: по некоторым гипотезам именно распад радиоактивных элементов снабжал энергией разогревающуюся Землю.
Возможно, сюда приплюсовывалась и энергия аналогичных ядерных реакторов. Сколько их скрыто под землёй? И реактор в то Окло в то стародавнее время, безусловно, был не исключением. Существуют гипотезы, что работа таких реакторов "подстегнула" развитие на земле живых существ, что зарождение жизни связано с влиянием радиоактивности. Данные свидетельствуют о более высокой степени эволюции органической материи по мере приближения к реактору Окло. Он вполне мог оказывать влияние на частоту мутаций одноклеточных, попадавших в зону повышенного уровня радиации, что и привело к появлению предков человека. Во всяком случае жизнь на Земле возникла и прошла долгий путь эволюции на уровне естественного фона радиации, которая стала необходимым элементом развития биологических систем.
Создание атомного реактора - новшество, которым гордится человек. Оказывается его создание давно записано в патентах природы. Сконструировав ядерный реактор, шедевр научно - технической мысли, человек, по сути дела, оказался имитатором природы, много миллионов лет тому назад создавшей установки подобного рода.

Во время проведения обычного анализа образцов урановой руды выявился очень странный факт — процентное содержание урана-235 было ниже нормы. В природном уране содержится три изотопа, отличающихся атомными массами. Самый распространённый — уран-238, самый редкий — уран-234, и представляющий наибольший интерес — уран-235, поддерживающий цепную ядерную реакцию. Повсюду — и в земной коре, и на Луне, и даже в метеоритах — атомы урана-235 составляют 0,720% общего количества урана. Но в образцах из месторождения Окло в Габоне содержание урана-235 составляло всего 0,717%. Этого крошечного несоответствия было достаточно, чтобы насторожить французских учёных. Дальнейшие исследования показали, что в руде недоставало около 200 кг — вполне достаточно для изготовления полдюжины ядерных бомб.

В открытом карьере для разработки залежей урана в Окло, в Габоне, обнаружено более дюжины зон, где когда-то происходили ядерные реакции

Специалисты французской Комиссии по атомной энергии были озадачены. Ответом послужила статья 19-летней давности, в которой Джордж Ветрилл (George W. Wetherill) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Марк Ингрэм (Mark G. Inghram) из Чикагского университета высказали предположение о существовании в далёком прошлом природных ядерных реакторов. Вскоре Пол Курода (Paul К. Kuroda), химик из Университета Арканзаса, определил „необходимые и достаточные“ условия для того, чтобы в теле уранового месторождения спонтанно возник процесс самоподдерживающегося расщепления.

Согласно его расчётам, размер месторождения должен превышать среднюю длину пробега нейтронов, вызывающих расщепление (около 2/3 метра). Тогда нейтроны, испущенные одним расщепившимся ядром, будут поглощены другим ядром до того, как они покинут урановую жилу.

Концентрация урана-235 должна быть достаточно велика. Сегодня даже большое месторождение не может стать ядерным реактором, так как содержит меньше 1% урана-235. Этот изотоп распадается приблизительно в шесть раз быстрее, чем уран-238, из чего следует, что в отдалённом прошлом, например, 2 млрд. лет назад, количество урана-235 составляло около 3% — примерно столько, сколько в обогащённом уране, используемом как топливо на большинстве атомных электростанций. Также необходимо наличие вещества, способного замедлять нейтроны, испущенные при расщеплении ядер урана так, чтобы они более эффективно вызывали расщепление других ядер урана. Наконец, в массе руды не должно быть заметных количеств бора, лития или других так называемых ядерных ядов, которые активно поглощают нейтроны и вызвали бы быструю остановку любой ядерной реакции.

Естественные реакторы расщепления были найдены только в сердце Африки — в Габоне, в Окло и соседних урановых шахтах в Окелобондо и на участке Бангомбе, расположенном примерно в 35 км.

Исследователи установили, что условия, создавшиеся 2 млрд. лет назад на 16 отдельных участках как в пределах Окло, так и на соседних урановых шахтах в Окелобондо, были очень близки к тому, что описал Курода (см. „Божественный реактор“, „Вмире науки“, № 1, 2004 г.). Хотя все эти зоны были обнаружены десятилетия назад, только недавно нам наконец удалось прояснить, что же происходило внутри одного из этих древних реакторов.

Проверка лёгкими элементами

Вскоре физики подтвердили предположение, что снижение содержания урана-235 в Окло было вызвано реакциями расщепления. Бесспорное доказательство появилось при изучении элементов, возникающих при расщеплении тяжелого ядра. Концентрация продуктов распада оказалась настолько высокой, что подобное заключение было единственно верным. 2 млрд. лет назад здесь происходила цепная ядерная реакция, подобная той, которую Энрико Ферми и его коллеги блестяще продемонстрировали в 1942 г.

Физики всего мира изучали доказательства существования естественных ядерных реакторов. Результаты своих работ по „феномену Окло“ учёные представили на специальной конференции в столице Габона Либревилле в 1975 г. В следующем году Джордж Коуэн (George A. Cowan), представлявший на этой встрече США, написал статью для журнала Scientific American (см. „A Natural Fission Reactor“, by George A. Cowan, July 1976).

Коуэн обобщил информацию и описал представления о происходившем в этом удивительном месте: некоторые из нейтронов, испущенных при расщеплении урана-235, захватываются ядрами более распространённого урана-238, который превращается в уран-239, и после испускания двух электронов превращается в плутоний-239. Так в Окло образовалось более двух тонн этого изотопа. Затем часть плутония подверглась расщеплению, о чём свидетельствует наличие характерных продуктов его деления, что и позволило исследователям заключить, что эти реакции должны были продолжаться сотни тысяч лет. По количеству использованного урана-235 они вычислили количество выделенной энергии — около 15 тыс. МВт-лет. Согласно этим и другим свидетельствам, средняя мощность реактора оказалась меньше 100 кВт, то есть её хватило бы для работы нескольких дюжин тостеров.

Как возникли больше десятка естественных реакторов? За счёт чего обеспечивалась их постоянная мощность в течение нескольких сотен тысячелетий? Почему они не самоуничтожились сразу после того, как начались цепные ядерные реакции? Какой механизм обеспечил необходимое саморегулирование? Работали ли реакторы непрерывно или периодически? Ответы на эти вопросы появились не сразу. А на последний вопрос удалось пролить свет совсем недавно, когда мои коллеги и я занялись исследованием образцов загадочной африканской руды в Вашингтонском университете в Сент-Луисе.

Расщепление в деталях

Цепные ядерные реакции начинаются, когда отдельный свободный нейтрон попадает в ядро расщепляющегося атома, типа урана-235 (вверху слева). Ядро расщепляется, давая два меньших атома и испуская другие нейтроны, которые отлетают с большой скоростью и должны быть замедлены прежде, чем они смогут вызвать расщепление других ядер. В отложении в Окло так же, как в современных ядерных реакторах на лёгкой воде, замедляющим агентом была обычная вода. Отличие состоит в системе регулирования: на атомных электростанциях используются поглощающие нейтроны стержни, а реакторы в Окло просто нагревались до тех пор, пока вода не выкипала.

Что скрывал благородный газ

Наша работа по одному из реакторов в Окло была посвящена анализу ксенона — тяжёлого инертного газа, который может оставаться заключённым в минералах в течение миллиардов лет. Ксенон имеет девять устойчивых изотопов, возникающих в различных количествах в зависимости от характера ядерных процессов. Будучи благородным газом, он не вступает в химические реакции с другими элементами, и поэтому его легко очистить для изотопного анализа. Ксенон чрезвычайно редок, что позволяет использовать его для обнаружения и отслеживания ядерных реакций, даже если они происходили ещё до рождения Солнечной системы.

Атомы урана-235 составляют около 0,720% естественного урана. Поэтому, когда рабочие обнаружили, что уран из карьера Окло содержал чуть больше 0,717%, они были удивлены, Этот показатель действительно существенно отличается от результатов анализа других образцов руды урана (вверху). Видимо, в прошлом отношение урана-235 к урану-238 было намного выше, так как период полураспада урана-235 намного короче. В подобных условиях становится возможной реакция расщепления. Когда 1,8 млрд, лет назад сформировались урановые залежи в Окло, естественное содержание урана-235 составляло около 3%, как и в топливе для ядерных реакторов. Когда примерно 4,6 млрд. лет назад сформировалась Земля, соотношение превышало 20%, то есть уровень, при котором уран сегодня считается „оружейным“.

Для анализа изотопного состава ксенона требуется масс-спектрометр — прибор, который может сортировать атомы по их весу. Нам повезло: мы получили доступ к чрезвычайно точному масс-спектрометру для ксенона, построенному Чарльзом Хохенбергом (Charles М. Hohenberg). Но сначала нужно было извлечь ксенон из нашего образца. Обычно минерал, содержащий ксенон, нагревают выше точки плавления, при этом кристаллическая структура разрушается и больше не может удерживать заключённый в ней газ. Но мы, чтобы собрать больше информации, применили более тонкий метод — лазерное извлечение, позволяющий добраться до ксенона в определённых зёрнах и оставляющий прилегающие к ним области нетронутыми.

Мы обработали много крошечных участков единственного имеющегося у нас образца горной породы из Окло толщиной всего 1 мм и шириной 4 мм. Чтобы точно нацелить лазерный луч, мы воспользовались подробной рентгеновской картой объекта, построенной Ольгой Прадивцевой, которая также идентифицировала составлявшие его минералы. После извлечения мы очищали выделившийся ксенон и анализировали в масс-спектрометре Хохенберга, который давал нам число атомов каждого изотопа.

Здесь нас ожидало несколько сюрпризов: во-первых, в богатых ураном зёрнах минералов газа не оказалось. Большая его часть была захвачена минералами, содержащими фосфат алюминия, — в них была обнаружена самая высокая концентрация ксенона, когда-либо найденного в природе. Во-вторых, извлечённый газ существенно отличался по изотопному составу от обычно образующегося в ядерных реакторах. В нём практически отсутствовал ксенон-136 и ксенон-134, тогда как содержание более лёгких изотопов элемента осталось прежним.

Ксенон, извлечённый из зёрен фосфата алюминия в образце из Окло, оказался любопытного изотопного состава (слева), не соответствующего тому, что получается при расщеплении урана-235 (в центре), и не похож на изотопный состав атмосферного ксенона (справа). Примечательно, что количества ксенона-131 и -132 выше, а количества -134 и -136 ниже, чем следовало ожидать от расщепления урана-235. Хотя эти наблюдения вначале весьма озадачили автора, позже он понял, что они содержали ключ к пониманию работы этого древнего ядерного реактора.

В чём причина таких изменений? Возможно, это результат ядерных реакций? Тщательный анализ позволил моим коллегам и мне отклонить эту возможность. Мы рассмотрели также физическую сортировку различных изотопов, которая иногда происходит из-за того, что более тяжёлые атомы движутся немного медленней, чем их более лёгкие аналоги. Это свойство используется на заводах по обогащению урана для производства реакторного топлива. Но даже если бы природа могла реализовать подобный процесс в микроскопическом масштабе, состав смеси изотопов ксенона в зёрнах фосфата алюминия отличался бы от того, что мы обнаружили. Например, измеренное относительно количества ксенона-132 уменьшение содержания ксенона-136 (более тяжёлого на 4 атомные единицы массы) было бы вдвое больше, чем для ксенона-134 (более тяжёлого на 2 атомные единицы массы), если бы работала физическая сортировка. Однако мы не увидели ничего подобного.

Проанализировав условия образования ксенона, мы обратили внимание, что ни один из его изотопов не был прямым результатом расщепления урана; все они были продуктами распада радиоактивных изотопов йода, которые, в свою очередь, образовывались из радиоактивного теллура и т. д., согласно известной последовательности ядерных реакций. При этом различные изотопы ксенона в нашем образце из Окло возникали в разные моменты времени. Чем дольше живёт конкретный радиоактивный предшественник, тем больше запаздывает образование из него ксенона. Например, образование ксенона-136 началось только спустя минуту после начала самоподдерживающегося расщепления. Спустя час появляется следующий более легкий устойчивый изотоп, ксенон-134. Затем, спустя несколько дней, на сцене появляются ксенон-132 и ксенон-131. Наконец, через миллионы лет, и много позже прекращения цепных ядерных реакций, образуется ксенон-129.

Если бы залежи урана в Окло оставались замкнутой системой, ксенон, накопившийся в процессе работы его естественных реакторов, сохранил нормальный изотопный состав. Но система не была замкнутой, подтверждением чего можно считать тот факт, что реакторы в Окло каким-то образом регулировали сами себя. Наиболее вероятный механизм предполагает участие в этом процессе грунтовых вод, которые выкипали после того, как температура достигала некоторого критического уровня. При испарении воды, действовавшей как замедлитель нейтронов, цепные ядерные реакции временно прекращались, а после того, как всё остывало и в зону реакции снова проникало достаточное количество грунтовых вод, расщепление могло возобновиться.

Эта картина проясняет два важных момента: реакторы могли работать периодами (включаясь и выключаясь); через эту горную породу должны были проходить большие количества воды, достаточные, чтобы вымыть некоторые из предшественников ксенона, а именно теллур и йод. Присутствие воды помогает также объяснить, почему большая часть ксенона теперь содержится в зёрнах фосфата алюминия, а не в богатых ураном породах. Зёрна фосфата алюминия, вероятно, сформировались под действием нагретой ядерным реактором воды, после того как она охладилась приблизительно до 300°С.

Во время каждого активного периода действия реактора в Окло и в течение некоторого времени после, пока температура оставалась высокой, большая часть ксенона (включая ксенон-136 и -134, которые генерируются относительно быстро) удалялась из реактора. Когда же реактор остывал, более долгоживущие предшественники ксенона (те, которые позже породят ксенон-132, -131 и -129, которые мы нашли в большем количестве) оказывались включёнными в растущие зёрна фосфата алюминия. Затем, когда всё больше воды возвращалось в зону реакции, нейтроны в нужной степени замедлялись и снова начиналась реакция расщепления, заставляя повториться цикл нагревания и охлаждения. Результатом и стало специфическое распределение изотопов ксенона.

Не вполне ясно, какие силы удерживали этот ксенон в минералах фосфата алюминия в течение почти половины жизни планеты. В частности, почему ксенон, возникший в данном цикле работы реактора, не оказался изгнанным во время следующего цикла? Предположительно структура фосфата алюминия оказалась способной удерживать ксенон, образовавшийся внутри неё, даже при высоких температурах.

Попытки объяснить необычность изотопного состава ксенона в Окло потребовали рассмотреть также и другие элементы. Особое внимание привлек йод, из которого ксенон образуется при радиоактивном распаде. Моделирование процесса возникновения продуктов расщепления и их радиоактивного распада показало, что специфический изотопный состав ксенона — следствие циклического действия реактора, Этот цикл изображён на трёх схемах сверху.

Рабочий график природы

После того как была выработана теория возникновения ксенона в зёрнах фосфата алюминия, мы попытались реализовать этот процесс в математической модели. Наши выкладки прояснили многое в работе реактора, причём полученные данные об изотопах ксенона привели к ожидаемым результатам. Реактор в Окло „включался“ на 30 минут и „отключался“ по крайней мере на 2,5 часа. Подобным образом функционируют некоторые гейзеры: медленно нагреваются, вскипают, выбрасывая порцию грунтовых вод, повторяя этот цикл день за днём, год за годом. Так, грунтовые воды, проходящие через месторождение в Окло, могли не только быть замедлителем нейтронов, но и „регулировать“ работу реактора. Это был чрезвычайно эффективный механизм, не позволяющий структуре ни расплавиться, ни взорваться на протяжении сотен тысяч лет.

Инженерам, работающим в области ядерной энергетики, есть чему поучиться у Окло. Например тому, как обращаться с ядерными отходами. Окло представляет собой образец долгосрочного геологического хранилища. Поэтому учёные подробно исследуют процессы миграции с течением времени продуктов расщепления из естественных реакторов. Они также тщательно изучили такую же зону древнего ядерного расщепления на участке Бангомбе, примерно в 35 км от Окло. Реактор в Бангомбе представляет особый интерес, так как он находится на меньшей глубине, чем в Окло и Окелобондо, и до недавнего времени через него проходило больше воды. Подобные удивительные объекты подтверждают гипотезу, что многие виды опасных ядерных отходов можно будет успешно изолировать в подземных хранилищах.

Пример Окло также демонстрирует способ хранения некоторых видов наиболее опасных ядерных отходов. С начала промышленного использования ядерной энергии в атмосферу были выброшены огромные количества образующихся в ядерных установках радиоактивных инертных газов (ксенона-135, криптона-85 и др.). В природных реакторах эти отходы производства захватываются и удерживаются в течение миллиардов лет минералами, содержащими фосфат алюминия.

Древние реакторы типа Окло могут оказать влияние и на понимание фундаментальных физических величин, например, физической постоянной, обозначаемой буквой α (альфа), связанной с такими универсальными величинами, как скорость света (см. „Непостоянные постоянные“, „В мире науки“, № 9, 2005 г.). В течение трёх десятилетий феномен Окло (возрастом 2 млрд. лет) использовался как довод против изменений α. Но в прошлом году Стивен Ламоро (Steven К. Lamoreaux) и Джастин Торгерсон (Justin R. Torgerson) из Лос-Аламосской национальной лаборатории установили, что эта „постоянная“ значительно изменялась.

Являются ли эти древние реакторы в Габоне единственными, когда-либо образовавшимися на Земле? Два миллиарда лет назад условия, необходимые для самоподдерживающегося расщепления, были не слишком редкими, так что, возможно, однажды будут обнаружены и другие естественные реакторы. А результаты анализа ксенона из образцов могли бы очень помочь в этом поиске.

„Феномен Окло заставляет вспомнить высказывание Э. Ферми, построившего первый ядерный реактор, и П.Л. Капицы, которые независимо друг от друга утверждали, что только человек способен создать нечто подобное. Однако древний природный реактор опровергает эту точку зрения, подтверждая мысль А. Эйнштейна о том, что Бог более изощрён…“
С.П. Капица

Об авторе:
Алекс Мешик (Alex P. Meshik) окончил физический факультет Ленинградского государственного университета. В 1988 г. защитил кандидатскую диссертацию в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского. Его диссертация была посвящена геохимии, геохронологии и ядерной химии благородных газов ксенона и криптона. В 1996 г. Мешик начал работу в Лаборатории космических исследований в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, где он в настоящее время изучает благородные газы солнечного ветра, собранные и доставленные на Землю космическим кораблем „Генезис“.

Статья взята с сайта