Početkom 1970-ih, tijekom analiza uranijeve rude iz ležišta Oklo u Gabonu, fizičari su naišli na rezultat koji nije imao smisla u odnosu na dotadašnja mjerenja. Izotopni sastav uranija u uzorku bio je drukčiji od svega što se dotad mjerilo u Zemljinoj kori, u morskoj vodi ili čak u uzorcima s Mjeseca. Nakon provjera i ponovljenih analiza istraživači su došli do radikalnog zaključka: dio rude u Oklu nekoć je prošao kroz nuklearnu fisiju i ponašao se kao prirodni nuklearni reaktor prije više od dvije milijarde godina.
Kako je jedan uzorak uranija zbunio fizičare
Uranij je težak metal i danas jedan od ključnih resursa za rad mnogih nuklearnih reaktora. Prirodno se javlja u Zemljinoj kori i po rasprostranjenosti je usporediv s elementima poput kositra, volframa ili molibdena. Kao i mnogi drugi elementi, pojavljuje se u više izotopa, s istim brojem protona, ali različitim brojem neutrona u jezgri.
Prirodni uranij dobiven iz rude sastoji se uglavnom od dvaju izotopa: uranija-238 (U-238) i uranija-235 (U-235). U-235 je taj koji ga čini posebno važnim za energetiku, jer je riječ o fisijskom materijalu sposobnom održavati nuklearnu lančanu reakciju i oslobađati velike količine energije. Unatoč toj ulozi, U-235 čini samo mali dio prirodnog uranija: oko 0,720 posto, dok je gotovo sav ostatak U-238.
Ovaj udio izotopa iznenađujuće je stabilan. Ako uzmete uzorak uranija iz bilo kojeg dijela Zemljine kore, iz morske vode ili iz Mjesečeva materijala i usporedite ih, svi će sadržavati približno tih 0,720 posto U-235. Uzorak iz Okla bio je iznimka: 1972. utvrđeno je da sadrži tek oko 0,717 posto U-235. Ta je razlika mala, ali dovoljno jasna da zbuni fizičare koji su očekivali identičan potpis kao i kod svih drugih poznatih uzoraka.
Prvo objašnjenje bilo je da je ruda možda bila izložena umjetnoj fisiji, primjerice u kakvom nuklearnom reaktoru. Kod fisije jezgre uranija bombardiraju se neutronima, pa se raspadaju na dvije ili više manjih jezgri uz oslobađanje topline. Taj proces oslobađa i nove neutrone koji, ako su uvjeti povoljni, udaraju u druge jezgre uranija, izazivaju nove raspade i pokreću nuklearnu lančanu reakciju. U takvom se scenariju udio U-235 postupno smanjuje.
Kada su detaljnije proučili rudu iz Okla, fizičari su utvrdili da je po svemu prirodna, a ne proizvod neke ljudske instalacije. Istodobno su u njoj prepoznali i tragove produkata fisije, tipične nusproizvode raspada U-235. Drugim riječima, ruda je bila prirodna, ali je sadržavala i jasan potpis da je u prošlosti doista prošla kroz nuklearnu fisiju. Daljnje analize dovele su do zaključka da je riječ o jedinstvenom primjeru uranija koji je “odradio” fisiju u prirodnom okruženju prije više od dvije milijarde godina.
Prirodni reaktor i potrebni uvjeti
Da bi takav prirodni reaktor uopće mogao nastati, morali su se poklopiti određeni uvjeti. Ležište u Oklu moralo je sadržavati dovoljno U-235 skupljenog u velikim, debelim nakupinama kako bi se postigla kritična masa potrebna za održavanje lančane reakcije. Prema analizama, taj je uvjet bio ispunjen.
Drugi ključni element je moderiranje neutrona. Kada se pri fisiji oslobode, neutroni se kreću prebrzo da bi učinkovito pokretali novu fisiju, pa ih je potrebno usporiti. U suvremenim nuklearnim reaktorima tu ulogu ima moderator, najčešće voda, ponekad plin ili blokovi grafita u starijim reaktorima. Moderator povećava vjerojatnost da neutroni “pogode” jezgre uranija i izazovu novu reakciju.
Čini se da je drevno Oklo imalo dovoljno vode koja je mogla djelovati kao prirodni moderator i usporavati neutrone tijekom reakcije. U kombinaciji s dovoljno bogatim ležištem uranija, to je stvorilo uvjete u kojima se, u prirodnom okruženju, mogla odvijati nuklearna lančana reakcija.
Jedinstveni zapis prirodne nuklearne fisije
Znanstvenici pritom napominju da ne mogu sa sigurnošću tvrditi kako se ovakve prirodne nuklearne reakcije nikada nisu događale i drugdje na Zemlji. Geološka prošlost planeta duga je, a brojni su procesi mogli izbrisati slične tragove. Ipak, jedno je jasno: Oklo je zasad jedini slučaj u kojem je takav prirodni reaktor prepoznat i zabilježen.
Prirodni reaktor u Gabonu danas je referentni primjer toga kako se, pod povoljnim uvjetima, u prirodnom ležištu uranija mogu spontano stvoriti isti osnovni mehanizmi koji pokreću i suvremene nuklearne reaktore. Ruda iz Okla i u njoj sačuvani produkti fisije ostali su kao rijedak zapis da je prije više od dvije milijarde godina na jednom mjestu na Zemlji doista postojao mali, prirodni nuklearni reaktor.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
wow your article is simply a masterpiece, i like that, keep it up and will be checking for new update. do you post often? you can check the biggest webdesign freelancer in platform in germany called https://webdesignfreelancerfrankfurt.de/ Thank you for your wonderful post
wow your article is simply a masterpiece, i like that, keep it up and will be checking for new update. do you post often? you can check the biggest webdesign freelancer in platform in germany called https://webdesignfreelancerfrankfurt.de/ Thank you for your wonderful post
wow your article is simply a masterpiece, i like that, keep it up and will be checking for new update. do you post often? you can check the biggest webdesign freelancer in platform in germany called https://webdesignfreelancerfrankfurt.de/ Thank you for your wonderful post
wow your article is simply a masterpiece, i like that, keep it up and will be checking for new update. do you post often? you can check the biggest webdesign freelancer in platform in germany called https://webdesignfreelancerfrankfurt.de/ Thank you for your wonderful post