Природний ядерний реактор в Габоні: як Земля створила власну атомну станцію

У травні 1972 року фізик Френсіс Перрен зіткнувся з явищем, яке, здавалося б, суперечило всім відомим законам природи. Досліджуючи зразок темної уранової руди на заводі з переробки ядерного палива на півдні Франції, він виявив аномалію, яка змусила наукову спільноту переосмислити свої уявлення про природні ядерні процеси.

Зразок, видобутий у шахті в Габоні, містив незвичайне співвідношення ізотопів урану. Зазвичай уран-235 становить 0,720% природного урану в земній корі, проте в цьому зразку його було лише 0,717%. Така незначна різниця викликала серйозне занепокоєння серед науковців.

Подальші дослідження показали ще дивовижніші результати. У деяких зразках з регіону Окло вміст урану-235 падав навіть до 0,4%. Це вже не могло бути простим статистичним відхиленням — щось фундаментальне змінило структуру руди.

Детальний аналіз підтвердив, що уран справді зазнав ядерного поділу — того самого процесу, який відбувається в сучасних атомних реакторах. Однак це не було результатом людської діяльності чи втручання невідомої цивілізації. Всі докази вказували на подію, що сталася два мільярди років тому.

Франція протягом 40 років видобувала уран у Габоні, своїй колишній колонії, використовуючи його для виробництва електроенергії. Коли поблизу міста Окло виявили поклади урану, ніхто спочатку не усвідомлював справжнього значення цієї знахідки.

Сучасні ядерні реактори працюють завдяки ретельно контрольованій ланцюговій реакції, де атоми урану-235 розщеплюються нейтронами, вивільняючи енергію та додаткові нейтрони. Для підтримки такої реакції потрібен збагачений уран із підвищеною концентрацією урану-235. Створення таких реакторів вимагає передових технологій, точної інженерії та суворих протоколів безпеки.

Проте в Окло природа спонтанно забезпечила ідеальне поєднання концентрації урану, води та геологічної стабільності для підтримки контрольованої реакції поділу. У 1956 році хімік Пол К. Курода теоретично передбачив можливість існування природних ядерних реакторів за певних умов, хоча мало хто вірив у реальність такого явища.

Курода розрахував, що для підтримки природної ядерної реакції поділу уранове родовище має бути не менше 0,66 метра. Два мільярди років тому уран-235 був значно поширенішим, ніж сьогодні, становлячи близько 3% природного урану — приблизно стільки ж, скільки містить збагачений уран у сучасних реакторах.

Як і в сучасних реакторах, процесу потрібен був сповільнювач нейтронів. В Окло цю роль виконувала ґрунтова вода. За словами Пітера Вудса, керівника групи з виробництва урану в Міжнародному агентстві з атомної енергії, вода діяла як сповільнювач, поглинаючи нейтрони та контролюючи ланцюгову реакцію.

Важливо було також, щоб були відсутні елементи на кшталт бору чи літію, які поглинають нейтрони і зупиняють поділ. На щастя, родовища Окло не містили цих «забруднювачів», що дозволило реакції тривати.

Древній реактор в Окло не працював безперервно. Дослідники, датувавши породи та проаналізувавши минулу активність, виявили, що реактор працював циклічно. Коли ґрунтові води просочувалися в уранові відклади, вони сповільнювали нейтрони, уможливлюючи поділ. Реакція нагрівала воду, яка врешті-решт випаровувалася. Без води для сповільнення нейтронів реакція припинялася.

Після охолодження території та просочування нової ґрунтової води реакція відновлювалася. Цей цикл повторювався протягом сотень тисяч років. Дослідження реактора Окло показало, що за період у кілька сотень тисяч років було вироблено близько 15 000 мегават-років енергії поділу, що еквівалентно роботі великого реактора потужністю 1500 МВт протягом десяти років.

Новина про це природне явище швидко поширилася. У 1975 році фізики з усього світу зібралися в Лібревілі, Габон, щоб обговорити те, що стало відомим як «феномен Окло». Всього було виявлено чотири місця, які функціонували як природні реактори в межах тих самих геологічних структур.

Ключем до розгадки цих загадок став несподіваний джерело — газ ксенон. Цей інертний газ, захоплений у мінералах Окло, діяв як капсула часу. Різні ізотопи ксенону утворюються під час ядерного поділу, і їхні співвідношення можуть розкрити умови, за яких відбувався поділ. Фізик Алекс П. Мешик, досліджуючи ці ізотопи ксенону, виявив, що вони містять ключі до стабільності реактора.

Захоплений ксенон показав, що реакції поділу в реакторі були напрочуд стабільними, циклічно вмикаючись і вимикаючись залежно від рівня ґрунтових вод. Ксенон також розкрив, як реактор остаточно припинив роботу: з часом уран-235 поступово витрачався, зменшуючи запас палива нижче критичного порогу, необхідного для підтримки поділу.

Сьогодні уранові шахти Окло вичерпані, але спадщина єдиних відомих природних ядерних реакторів живе. Зразки реакторів Окло зберігаються в музеях, наприклад, у Музеї природознавства у Відні, де відвідувачі можуть побачити породи, утворені природним реактором поділу. Хоча можливо існують й інші природні реактори, які ще не виявлені, людство зосередило свою увагу на розвитку власних реакторів поділу.