Reaktor naravne jedrske fisije Gabona, Zahodna Afrika

2024 Avtor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 09:38

Da bi razumeli, kako se je pojavil naravni jedrski reaktor, pomaga malo razumeti zgodovino in znanost o jedrskih reakcijah.

Jedrske reakcije na kratko

Po mnenju Mednarodne komisije za atomsko energijo (IAEA) v več kot 30 državah deluje več kot 400 jedrskih elektrarn; in kljub nedavnim katastrofalnim varnostnim napakam, kot je tragedija na Fukushima Daiichi leta 2011, skoraj 70 novih jedrskih elektrarn trenutno gradi. Zakaj še naprej gradimo takšne potencialno nevarne objekte? Moč, da je kljub takšnim nesrečam, kot sta Černobil in Fukushima, megavat za megavat dejansko na splošno na splošno bolj varen in "bolj zelen" kot energija, pridobljena s premogom ali plinom.

Ta vrsta jedrske energije nastaja, ko je izotop, pogosto uran 235 (U-235), bombardiran z nevtronom. Trčenje običajno prekine izotop na dva dela, od katerih vsaka vsebuje polovico nevtronov in protonov prvotnega atoma v procesu, ki se imenuje jedrska cepitev. Med reakcijo se izgubi majhna količina mase, kar je posledica, da je majhen del snovi pretvorjen v relativno veliko količino energije.

V tipičnem reaktorju je celota U-235 sestavljena in nato bombardirana z nevtroni; pri vsakem trku med U-235 in nevtronom, še dva Neutroni se proizvajajo skupaj s sproščanjem energije. Dokler je dovolj izotopov U-235, bodo ti dodatni nevtroni povzročili dodatne reakcije. Reakcije eksponentno rastejo v procesu, ki se imenuje verižna reakcija, ki proizvaja še več energije. Jedrske elektrarne izkoriščajo energijo iz teh nadzorovanih verižnih reakcij in jih pretvorijo v električno energijo, ki ustvarja stvari, kot je ta MacBook Air, na katerem pišem.

Uran-235

Uran je eden izmed najtežjih elementov, z atomsko težo 238,03. Pri tem članku se v Zemeljski skorji najdejo le tri izotopi: U-238, ki predstavlja 99,3% vsega urana, U-235, ki vsebuje večino preostalih 7% in U-234, ki je prisoten samo v neskončno manjši količini. U-238 je le rahlo reaktiven in ne daje dober cepljivega materiala. Vendar pa je U-235 izjemno razdrobljen in proizvede veliko energije.

Ko pride iz tal, uranove rude sestavljajo trije izotopi v njihovem relativnem razmerju. Za določitev fisije je treba odstotek U-235 v rudi povečati s 7% na približno 5% celotne. Ta proces je znan kot bogatenje urana. V tipičnem scenariju obogatitve se uran pretvori v plin, uranov heksafluorid (UF-6), plin pa se ločuje glede na težo (ne pozabite, da so U-234 in U-235 lažji od U-238). Ločitev omogoča, da se odstrani težji uran, preostala snov pa ima končno konstantno primerno koncentracijo U-235 za cepitev.

Gabonski jedrski reaktor

Lahko se vprašate: "Če je uranova ruda neprimerna za jedrske reakcije brez zapletenega, človeškega procesa bogatenja, kako se je naravno začelo pred skoraj dve milijardi leti?" Dobro vprašanje, odgovor pa ni "tujci".

U-235 ima bistveno krajšo razpolovno dobo kot U-238, zato bi morala biti v daleč preteklosti precej bolj obsežna in v večjih koncentracijah kot danes. Znanstvenik Paul K. Kuroda je leta 1956 predlagal, da bi bila ta ruda, bogata z U 235, pod pravimi pogoji podprla jedrsko cepitev in verižne reakcije, ki bi tvorile naravne jedrske reaktorje.

Obstajata dve teoriji o tem, kako je deloval reaktor v Gabonu, čeprav oba prevzameta cikel verižne reakcije, prenehanja, hlajenja, ponavljanja, v obdobju tisoč let, dokler se ne izčrpa fisija.

Ena teorija predlaga, da je bil uran prekrit s podtalnico, ki je moderirala nevtrone in zagotovila okolje, ki je podpiralo verižno reakcijo. Energija, ki je nastala, je na koncu segrela podtalnico do vrenja in se je oddaljila. Ko je podzemna voda izginila, se je reakcija ustavila. Sčasoma se je voda vračala v uransko kaverno in postopek ponovil, dokler koncentracije niso prenizke, da bi podprle nadaljnje reakcije.

Druga teorija, ki ni dobro sprejeta, je predlagala, da gorljivi reaktor sprosti nekatere redke zemeljske elemente, kot so samarij, gadolinij in disprozij, ki absorbirajo nevtrone in ustavijo verižno reakcijo, za čas ali na določenih mestih, v bližini se spet pojavlja.

Podrobnosti o prvi teoriji so poročali v Vesoljski dnevi leta 2004:

Ta podobnost (na gejzir) kaže, da je pol ure po začetku verižne reakcije neomejena voda pretvorjena v paro, s tem pa se je zmanjšal tok toplotnega nevtrona in postal reaktor subkritičen.

Za reaktor je bilo potrebno vsaj dve uri in pol, da se ohladi, dokler se fisija Xe (ksenon) ni začela obdržati.Nato se je voda vrnila v reaktorsko cono, zagotovila nevtronsko zmernost in ponovno vzpostavila samozadostno verigo.

Dokaz o fosilnem reaktorju fosila Okla

Kako torej vemo, da se je to sploh zgodilo? Več razlogov.

Prvič, v začetni francoski preiskavi leta 1972 je bilo ugotovljeno, da je bila koncentracija U-235 s tega območja precej nižja od običajne narave; dejansko so bile koncentracije iz vzorcev v vzorcu podobne tistim, ki jih najdemo v izrabljenem jedrskem gorivu.

Drugič, Francozi so odkrili tudi razlike v drugih izotopih z mesta, vključno z neodimom in rutenijem, ki sta skladni z fisijo U-235.

Tretjič, v študiji iz leta 2004, ki so raziskovali spletišče Univerze v Washingtonu, so odkrili povišane količine cirkonija, cerija in stroncija, ki so bili proizvedeni z jedrsko cepitvijo.

Četrtič, ameriški znanstveniki so ugotovili tudi, da so deponije v oklu vsebovale največje koncentracije ksenona, proizvedenega v fisiji, in kriptona, ki so jo kdaj našli.

Izkušnje iz reaktorja Oklo

Eno presenetljivo odkritje iz Okla je, da za razliko od naših fisijskih reaktorjev, ki proizvajajo znatne strupene odpadke, ki jih nihče ne želi shraniti (mislim na planino Yucca), je mati narava varno odstranila njene. Po mnenju raziskovalcev Wash U je naravni reaktor v kemični spojini, aluminofosfat, varno zajel svoje strupene odpadke (Xe in Kr-85):

Presenetljivo je misliti, da lahko naravna jedrska reakcija doseže kritične razmere in da je sposobna tudi shranjevati lastne odpadke.

Končno je prepričljivo vedeti, da naravno prisotna U-235 danes ne obstaja v koncentracijah, potrebnih za zagon ali vzdrževanje sodobnega naravnega jedrskega reaktorja. Torej, čeprav bi nekega dne morali preživeti še en Černobil, bomo vsaj vedeli, da imamo samo krivdo. üòâ

Bonus Dejstva:

• Trikotni otok, nesreča jedrske elektrarne blizu Middletown, Pennsylvania, je najhujša nesreča elektrarn v zgodovini ZDA. To ni pripeljalo do smrti in nobenih poškodb delavcev rastlin ali bližnje skupnosti. V INES-u je bila še vedno ocenjena stopnja 5, čeprav bi morala biti pravkar ocenjena stopnja 2.
• Če ste med nesrečo, ki se je tam zgodila leta 1979, v kampu na otoku Tri Mile, med trajanjem nesreče prejeli le še dodatnih 80 milirjev izpostavljenosti. Za referenco, če ste kdaj imeli hrbtenico hrbtenice, ste prejeli približno dvakrat, da ste v nekaj sekundah rentgenskega slikanja. Če ste med nesrečo oddaljeni približno deset kilometrov od reaktorja, ste prejeli približno 8 miliram ali približno enakovredno ionizirajoče sevanje, ki jedo 800 banan, ki so seveda radioaktivne. Ni znanih smrti / raka / itd. ki je nastala zaradi nesreče treh milj.
• Javni odziv na otok Tri Mile se je izredno iztekel od tistega, kar je dejanski dogodek utemeljen. To je bilo v veliki meri posledica napačnih informacij v tisku; nerazumevanje ionizirajočega sevanja med širšo javnostjo; in dejstvo, da film, ne pa 12 dni pred tem Kitajski sindrom je bil izdan. Film je bil, kako so bili nevarni jedrski reaktorji in skoraj vsi v filmu, vendar je eden od glavnih likov poskušal pokriti. Kitajski sindrom koncept filma, koncept izhaja iz predpostavke, da bi se ameriški jedrski jedrski reaktor spustil v središče zemlje na Kitajsko. Okoli dejstva, da je dejansko Indijski ocean, ki je na nasprotni strani Zemlje od ZDA, ne Kitajske, in očitne težave s tem, da se premikajo s premikanjem Zemlje, to ne bi bilo boljše časovni film, kolikor je bil brezplačen oglas po tisku zaradi incidenta na otoku Tri Mile. Film je bil nominiran za več akademskih nagrad, med njimi tudi najboljša igralka Jane Fonda.
• Neverjetno, če smo dejansko uspeli popolnoma spremeniti energijo s popolno uničenjem 1 kg snovi, je energija, proizvedena iz te majhne količine snovi, približno 42,95 milijona ton TNT. Torej odrasel moški, ki tehta okoli 200 kilogramov, ima nekje v bližini 4000 megatonov potenciala TNT v svoji snovi, če je povsem izničen.
• To je približno 80-krat več energije, kot ga je proizvedla največja eksplozivna jedrska bomba, Czar Bomba, ki je sama proizvedla približno 1400-krat močnejši od kombiniranih eksplozij bombe, ki so padle na Hirošima in Nagasaka.

• Za nadaljnjo ilustracijo, 1 megaton TNT, ko se pretvori v kilovatne ure, proizvede dovolj električne energije za napajanje povprečnega ameriškega doma za približno 100.000 let. Dovolj je tudi, da napolnimo celotno Združene države za nekaj več kot 3 dni. Torej 1 kg neke snovi, ki bi bila popolnoma uničena, bi lahko zmogla celotno Združene države približno štiri mesece. Enkratni odrasli moški, potem ko bi bil popolnoma uničen, bi proizvedel dovolj energije za oskrbo ZDA za približno 30 let. Rešitev energetske krize.

  

• Na popolnoma neugodni lestvici tipična eksplozija supernove bo odprla približno 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000 megatonov TNT. * krava v kotu *