Dabas kodoldegvielas reaktors Gabonā, Rietumāfrikā

2024 Autors: Sherilyn Boyd | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 09:37

Lai saprastu, kā radās dabas kodolreaktors, tas palīdz saprast nedaudz kodolreakciju vēstures un zinātnes.

Kodolreakcijas īsumā

Saskaņā ar Starptautiskās atomenerģijas komisijas (IAEA) datiem vairāk nekā 30 kodolelektrostacijas darbojas vairāk nekā 30 valstīs; un, neraugoties uz nesenajām katastrofālajām drošības neveiksmēm, piemēram, 2011. gada Fukušimas Daiichi traģēdiju, patlaban tiek būvētas gandrīz 70 jaunas kodolspēkstacijas. Tātad, kāpēc mēs turpinām veidot šādas potenciāli bīstamas iekārtas? Jauda, ka, neraugoties uz tādām katastrofām kā Černobiļa un Fukušima, megavatu megavatu faktiski kopumā parasti uzskata par drošāku un "zaļāku" nekā elektroenerģija, kas rodas, izmantojot ogles vai gāzi.

Šis kodolenerģijas veids tiek radīts, kad izotopu, bieži urānu 235 (U-235), bombardē ar neitronu. Sadursmes parasti pārtrauc izotopu divos gabalos, no kuriem katrs satur pusi no sākotnējā atoma neitroniem un protoniem, procesā, ko sauc kodols skaldīšana. Reakcijas laikā tiek zaudēts neliels daudzums masas, kas ir tāds, ka neliels daudzums vielas tiek pārvērsts salīdzinoši daudz enerģijas.

Tipiskā reaktorā ir samontēts daudz U-235 un pēc tam tiek bombardēts ar neitroniem; katrā sadursmē starp U-235 un neitronu vēl divus Neitroni tiek ražoti kopā ar enerģijas izdalīšanu. Kamēr ir pietiekami daudz U-235 izotopu, šie papildu neitroni radīs papildu reakcijas. Reakcijas pieaug eksponenciāli procesā, ko sauc par ķēdes reakciju, kas rada vēl vairāk enerģijas. Atomelektrostacijas izmanto šo kontrolēto ķēdes reakciju enerģiju un pārveido to par elektrību, kas pieļauj tādas lietas kā šis MacBook Air, par kuru rakstot.

Urāna-235

Urāms ir viens no smagākajiem elementiem, kura atomu svars ir 238,03. Saistībā ar šo rakstu Zemes garozā dabiski ir atrasti tikai trīs izotopi; U-238, kas veido 99,3% no visa urāna, U-235, kas satur lielāko daļu no atlikušajiem.7% un U-234, kas ir tikai bezgalīgā daudzumā. U-238 ir tikai nedaudz reaģējošs un nedara labu skaldmateriālu. U-235, tomēr ir izcils, ka tas ir sadalīts un ražo daudz enerģijas.

Kad tas nonāk zemē, urāna rūdas sastāvā ir trīs izotopi to relatīvajās proporcijās. U-235 īpatsvars rūdīs, lai tas būtu sadalāms, jāpalielina no 0,7% līdz 5% no kopējās vērtības. Šis process ir pazīstams kā urāna bagātināšana. Tipiskā bagātināšanas scenārijā urāns tiek pārveidots par gāzi, urāna heksafluorīdu (UF-6), un gāze tiek atdalīta pēc svara (atcerieties, ka U-234 un U-235 ir vieglākas par U-238). Atdalīšana ļauj noņemt pietiekami daudz smagākā urāna, un pārējā viela galu galā ir piemērota U-235 koncentrācija skaldīšanai.

Gabonas kodolreaktors

Jūs varat jautāt: "Ja urāna rūdas nav piemērotas kodolreakcijām bez sarežģīta cilvēka bagātināšanas procesa, kā dabiskais process sākās gandrīz pirms diviem miljardiem gadu?" Labs jautājums, un atbilde nav "ārvalstnieku".

U-235 ir ievērojami īsāks pusperiods nekā U-238, tādēļ tālu tālajā pagātnē tā būtu bijusi daudz bagātāka un lielākā koncentrācijā, nekā tas ir šodien. Zinātnieks Paul K. Kuroda 1956. gadā ierosināja, ka šī U-235 bagātīgā rūdīte ar piemērotiem apstākļiem būtu atbalstījusi kodola skaldīšanu un ķēdes reakcijas, kas veidotu dabiskus kodolreaktorus.

Ir divas teorijas par to, kā darbojas Gabonas reaktors, lai gan abas ķīmiskās reakcijas, pārtraukšanas, atdzesēšanas, atkārtojuma ciklu tūkstošiem gadu turpina, kamēr izkliedējamais materiāls ir izsmelts.

Viena teorija ierosina, ka urāns tika pārklāts ar gruntsūdeņiem, kas moderēja neitronus un nodrošināja vidi, kas atbalstīja ķēdes reakciju. Saražotā enerģija galu galā apsildīja gruntsūdeņus līdz viršanai un tvaicēja prom. Kad pazuda grunts, reakcija apstājās. Galu galā ūdens atkal ieplūda urāna kolonnā, un process atkārtojās, līdz koncentrācija bija pārāk zema, lai atbalstītu turpmākās reakcijas.

Otra teorija, kas nav labi pieņemta, ierosināja, ka dedzinošais reaktors izlaida dažus retzemju elementus, piemēram, samāriju, gadolīniju un disprosiumu, kas absorbēja neitronus un pārtrauca ķēdes reakciju uz laiku vai noteiktās vietās tikai tas atkal pop up atkal tuvumā.

Sīkāka informācija par pirmo teoriju tika ziņota 2008 Space Daily 2004. gadā:

Šī līdzība (uz geizeru) liecina, ka pusstundu pēc ķēdes reakcijas sākuma neaprobežots ūdens pārvērš tvaikā, samazinot siltuma neitronu plūsmu un padarot reaktoru par subkritisku.

Reaktors atdziest vismaz divas ar pusi stundas, līdz sākās izdalīšanās Xe (ksenons).Tad ūdens atgriezās reaktora zonā, nodrošinot neitronu mērenību un atkal izveidojot pašpietiekamu ķēdi.

Oklo fosilā dalīšanās reaktora pierādījums

Tātad, kā mēs to zinām, tas kādreiz noticis vispār? Vairāki iemesli.

Pirmkārt, sākotnējā Francijas izmeklēšanā 1972. gadā tika konstatēts, ka U-235 koncentrācija no teritorijas bija daudz zemāka nekā parasti novērota dabā; Faktiski Oklo paraugu koncentrācijas bija līdzīgas tām, kas konstatētas izlietotajā kodoldegvielā.

Otrkārt, franči arī atrada neatbilstības citos izotopos no vietas, tostarp neodīms un rutenijs, abi no kuriem atbilst U-235 dalījumam.

Treškārt, 2004. gada pētījumā Vašingtonas universitātes fiziķi, kas pētīja šo vietu, atklāja paaugstinātas cirkonija, cērija un stroncija daudzumus, kas tika iegūti kodola skaldīšanas rezultātā.

Ceturtkārt, amerikāņu zinātnieki arī konstatēja, ka Oklo noguldījumos bija vislielākās sadedzināšanas ksenona un kriptona koncentrācijas, ko kādreiz atrada.

Oklo reaktora mācība

Viens pārsteidzošs atklājums no Oklo ir tas, ka pretēji mūsu kodoldalīšanās reaktoriem, kas rada ievērojamus toksiskos atkritumus, kurus neviens nevēlas uzglabāt (domā Yucca Mountain), māte daba viņus droši iznīcina. Saskaņā ar Wash U pētniekiem dabiskais reaktors ķīmiskajā savienojumā, alumino fosfāts, droši notverto toksiskos atkritumus (Xe un Kr-85):

Ir aizraujoši domāt, ka dabas kodolreakcija var sasniegt kritiskos apstākļus un ka tā spēj arī uzglabāt savus atkritumus.

Pēdējā piezīmē ir pārliecinoši zināt, ka dabiski sastopamais U-235 šodien nepastāv koncentrācijās, kas nepieciešamas, lai uzsāktu vai uzturētu mūsdienīgu dabas kodolreaktoru. Tātad, lai arī kādu dienu mēs varētu dzīvot caur citu Černobiļu, vismaz mēs zinām, ka esam tikai vainīgi. üòâ

Bonus fakti:

• Trīs Mile sala, atomelektrostacijas avārija netālu no Middletown, Pensilvānija, ir visnopietnākais spēkstacijas avārijs ASV vēsturē. Tas neizraisīja nekādus nāves gadījumus un nekādus ievainojumus darbaspēka ražotājiem vai tuvākajā apkārtnē. INES bija novērtējusi arī 5. līmeni, lai gan tai patiešām vajadzēja būt tikko novērtētam 2. līmenī.
• Ja jūs nobraucāt pie rūpnīcas Triju Mile salu laikā negadījumā, kas 1979.gadā notika, jūs negadījuma laikā esat saņēmis tikai vēl 80 miliremas ekspozīcijas. Atsauces nolūkā, ja jums vienmēr ir bijuši mugurkaula x-ray, jūs esat saņēmis aptuveni divkāršu, kas tikai dažas sekundes no rentgena. Ja negadījuma laikā bijāt apmēram desmit jūdžu attālumā no reaktora, jūs esat saņēmis apmēram 8 miliremes vai aptuveni līdzvērtīgu jonizējošo starojumu, kurā ēst 800 banānus, kas, protams, ir radioaktīvi. Nav zināmu nāves gadījumu / vēža / utt. kas izriet no Trīs Mile salas nelaimes gadījuma.
• Sabiedriskā reakcija uz Trīs Maiju salu aizgāja ārā no faktiskā notikuma pamatojuma. Tas lielā mērā bija saistīts ar dezinformāciju presē; jonizējošā starojuma pārpratums plašākā sabiedrībā; un fakts, ka ne 12 dienas pirms tā notika filma Ķīnas sindroms tika izdots. Filmas gabals bija tāds, kā bija nedrošie kodolreaktori un gandrīz visi filmas dalībnieki, bet viena no galvenajām varoni mēģināja to noslaucīt. Ķīnas sindroms Filmas nosaukuma ideja izriet no pieņēmuma, ka, ja amerikāņu kodolreaktora kodols būtu izkusis, tas izkausētu pa Zemes centru uz Ķīnu. Pārvarot faktu, ka faktiski Indijas okeāns atrodas uz pretējās zemes virsmas no ASV, nevis no Ķīnas, un acīmredzamās problēmas ar "prātam caur Zemi", tā nevarēja būt labāka cik ilga brīva reklāma, izmantojot presi sakarā ar trīs Mile Island incidentu. Filma tika nominēta vairākām akadēmiju apbalvojumiem, tai skaitā Džeina Fonda labākā aktrise.
• Pārsteidzoši, ja mēs patiešām spēsim perfekti pārvērst vielu enerģētikā, kad 1 kg vielas tiek pilnībā iznīcināta, tad enerģija, kas iegūta no tik mazā daudzuma vielas, ir aptuveni 42,95 megatonnas TNT. Tātad pieaugušais vīrietis, kas sver apmēram 200 mārciņas, ir kaut kur tuvumā 4000 megatonu TNT potenciāla savā jautājumā, ja to pilnībā iznīcina.
• Tas ir apmēram 80 reizes lielāks enerģijas daudzums, nekā to radīja lielākā izmetā esošā kodolbumba - Tzar Bomba -, kas pati par sevi radīja sprādzienu aptuveni 1400 reizes spēcīgāk nekā kopējie sprādzieni bumbām, kas nokritās Hirosimā un Nagasakos.

• Lai vēl ilustrētu, 1 megatonts TNT, pārvēršot kilovatstundās, nodrošina pietiekami daudz elektroenerģijas, lai patērētu vidēji Amerikas mājas aptuveni 100 000 gadu garumā. Tas ir pietiekami, lai visas Amerikas Savienoto Valstu spēks nedaudz pārsniegtu 3 dienas. Tātad 1 kg dažu jautājumu pilnīgi iznīcinātu varētu spēt visas Amerikas Savienotās Valstis aptuveni četrus mēnešus. Viens vidēji pieaugušais vīrietis tad, kad pilnīgi iznīcināts, ražotu pietiekami daudz enerģijas, lai ASV varētu darbināt aptuveni 30 gadus. Atrisināta enerģētikas krīze.

  

• Par pilnīgi pārsteidzošu mērogu, tipisks supernovas sprādziens radīs aptuveni 1000000000000000000000000000000 megatonus TNT. * apstājas stūrī *