Keď Enrico Fermi v roku 1942 na pôde Chicagskej univerzity spustil prvú riadenú jadrovú reakciu, o ktorej sme vám priniesli článok, bol to výnimočný okamih pre vedu. Avšak, pre prírodu to nebolo nič nové. Tej sa to podarilo už dávno predtým, v dobe keď na Zemi neexistovali žiadne živočíchy a to takmer pred dvomi miliardami rokov. 

Objav v roku 1972

Africký štát Gabon sa nachádza na západnom pobreží Afriky. Pôda v lokalite nazvanej Oklo bola známa svojimi ložiskami uránu. Keďže bol Gabon v minulosti francúzskou kolóniou, tí tu už od 50. rokov 20. storočia realizovali ťažbu uránovej rudy.

V roku 1972 francúzsky chemik Bouzigues pracujúci pre závod na výrobu paliva pre jadrové reaktory, vykonával rutinnú analýzu vzoriek z jednej konkrétnej lokality. Zistil vtedy pozoruhodnú vec. Uránová ruda je typická tým, že obsah uránu-235, teda štiepneho izotopu, je všade na Zemi úplne rovnaká. Avšak vzorky z jednej konkrétnej lokality – z lokality Oklo, mali obsah uránu-235 o 0,0031 % nižší, ako sa očakávalo. Tento nepatrný rozdiel je pre laika úplne zanedbateľný, no vedcom to nedávalo zmysel.

Ako je možné, že obsah štiepneho uránu je nižší? Francúzi vykonali ďalšie analýzy v snahe zistiť, či nejde o chybu merania, no pri ďalších vzorkách zistili dokonca ešte nižšie koncentrácie. Takéto hodnoty sú typické pre vyhorené jadrové palivo a nie pre prírodný urán.

Prírodný jadrový reaktor

Vedci prišli s kontroverzným, ale jediným možným vysvetlením. V tejto lokalite musel v minulosti fungovať jadrový reaktor. Nie ten, ktorý by postavil človek, ale taký, ktorý vytvorila príroda.

Vďaka datovaniu založenom na rádioaktívnom rozpade jadier prvkov ako bol urán-238, samárium-147 a rubídium-87 potvrdili, že reakcia musela prebehnúť pred 1,8 miliardami rokov. Celkovo objavili 16 zón v lokalite Oklo, kde bola znížená koncentrácia uránu-235, takže tu musela prebiehať jadrová reakcia.

Pre človeka náročné, pre prírodu hračka

Ako je možné, že sa niečo také udialo? Vznik kyslíka v rannej histórii Zeme sa na tomto procese významne podieľal. V dôsledku fotosyntézy sa obsah kyslíka vo vode zvýšil, čo zapríčinilo oxidáciu uránu. V lokalite Oklo sa pôvodne nachádzalo more a mikroogranizmy so schopnosťou koncentrovať urán, vytvorili v tejto lokalite veľké uránové ložisko.

V lokalite Oklo tak vzniklo dostatočné množstvo uránu (50 až 60 percent v rude), čo bol základ toho, aby mohla vôbec jadrová reakcia prebiehať. Ďalej je potrebný moderátor, ktorý bude spomaľovať neutróny a tiež regulátor, ktorý bude nadbytočné neutróny pohlcovať. Takisto však bolo potrebné vhodné rozmiestnenie rudy a veľkosť uránového ložiska.

Ako prebiehala prírodná jadrová reakcia

Keď more ustúpilo a urán ostal uväznený v skale, reaktor nefungoval. Bol potrebný moderátor a regulátor. A tie zabezpečila samotná voda. To nie je prekvapivé, aj v súčasných jadrových reaktoroch sa používa voda ako moderátor. Akonáhle sa teda dostala voda do oblasti v Oklo (napríklad vo forme prílivovej vlny po dažďoch) nastali vhodné podmienky pre naštartovanie jadrovej reakcie.

Voda pôsobila ako moderátor a spomaľovala neutróny, ktoré tak mali väčšiu pravdepodobnosť, že trafia jadrá uránu-235 a uvoľnia ďalšie neutróny. Voda však nebola vhodným regulátorom a veľký počet neutrónov spôsoboval vysoký nárast tepla, a ten vodu vyparil. Keď zmizla voda, jadrová reakcia sa zastavila a prírodný jadrový reaktor čakal na ďalší príliv vody a spustenie reakcie, aby sa jav mohol zopakovať.

Dnes už nefunguje

Celková doba aktivity prírodných reaktorov v lokalite Oklo bola stanovená na dobu približne 150-tisíc rokov, pričom sa začatie a skončenie reakcie opakovalo asi každých 24-tisíc rokov. Pri týchto jadrových reakciách sa dosahoval priemerný výkon 100 kilowattov.

V súčasnosti však reakcia už neprebieha. Dôvodom je samotný rozpad uránu-235. Ten má polčas rozpadu na úrovni 0,7 miliardy rokov, čo znamená, že jeho podiel v prírode neustále klesá spontánnym rozpadom.

Dnes je koncentrácia uránu-235 na úrovni približne 0,72 %, zvyšok tvorí urán-238. Avšak, v čase fungovania prírodných reaktorov v Oklo, bola táto koncentrácia uránu-235 až na úrovni troch percent. To už dovoľovalo spustenie reakcie. Pre porovnanie, dnešné jadrové reaktory v elektrárňach obsahujú urán-235, ktorý je obohatený na úroveň 5 %.

Lokalita Oklo je tak dôkazom, že príroda dokázala predbehnúť človeka aj v takom niečom zložitom, ako je jadrová reakcia a výstavba jadrového reaktora. Na svete sa zatiaľ neobjavilo iné miesto podobné tomuto, a tak môžeme pokojne tvrdiť, že Oklo je jedinečným a nesmierne zaujímavým miestom na Zemi.

Pozri aj:

Príbeh rádioaktívneho skauta. 17-ročný chlapec si na svojom dvore postavil jadrový reaktor, aby získal skautský…