В Габоне около двух миллиардов лет назад природные условия позволили урановой руде поддерживать цепную реакцию деления. Такой вывод учёные сделали после того, как в 1972 году во французскую переработку поступила руда из месторождения Окло с необычным соотношением изотопов урана. Исследования показали: реактор не построили люди. Его работу обеспечили урановые залежи и вода, которая замедляла нейтроны.
Необычный состав урана указал на прошлую реакцию
В 1972 году сотрудники французского предприятия заметили, что около 200 килограммов поступившей из Габона урановой руды отличаются по составу от обычного сырья. В частности, доля изотопа уран-235 составляла 0,717%. Для сравнения, в природном уране она обычно равна 0,720%. Разница была небольшой, но привлекла внимание физика Франсиса Перрена.
Изотопный состав подсказал, что часть урана-235 могла уже распасться в результате цепной реакции. Сначала учёные проверяли и версию о вмешательстве человека: в годы холодной войны необычный уран мог вызвать подозрения в тайных работах с ядерным топливом. Однако анализ руды не подтвердил эту догадку. Следы продуктов деления соответствовали естественному процессу.
После дополнительных исследований специалисты установили, что реакция происходила в месторождении Окло. Позднее учёные приехали туда и провели новые проверки. Они обнаружили в бассейне Франсвиль в общей сложности 17 природных реакторных зон. По оценкам, такие процессы шли примерно 1,7–1,8 миллиарда лет назад; некоторые оценки относят их к периоду более двух миллиардов лет назад.
Воду и урановые залежи природа использовала как части реактора
Для цепной реакции нужны были подходящие залежи урана и условия, при которых нейтроны могли поддерживать деление атомов. Эту роль выполняла вода из подземных источников. Она замедляла нейтроны, а значит, помогала реакции продолжаться. Вода также влияла на её темп: нагревалась и испарялась, после чего реактор останавливался. Когда жидкость снова поступала в залежи, реакция возобновлялась.
Состав воды тоже имел значение. Некоторые химические элементы, включая литий и бор, поглощают нейтроны. Если бы их было слишком много, реакция могла бы остановиться или выйти из-под контроля. По оценкам специалистов, в древнем месторождении сложились подходящие условия, а расположение и размер урановых залежей помогали удерживать процесс в границах.
Окло не был сооружением в привычном смысле: там не было оборудования, которое запускали или обслуживали люди. Реактор возник благодаря сочетанию свойств руды и окружающей среды. По оценкам геологов и физиков, система могла вырабатывать энергию около 150 тысяч лет. Её работа шла циклами: вода то поддерживала реакцию, то испарялась от нагрева.
Следы изотопов помогли восстановить работу древней системы
Учёные оценили мощность крупнейшей из обнаруженных зон примерно в 100 киловатт тепловой энергии. Она имела около 12 метров в длину, 18 метров в глубину и от 20 до 50 сантиметров в ширину. Следы изотопов ксенона — побочного продукта деления урана — позволили восстановить повторявшиеся циклы включения и остановки реакции. По расчётам, система выделила столько энергии, сколько произвела бы станция мощностью 40 гигаватт за четыре года.
Продукты деления сохранились в окружающей породе. Некоторые опасные вещества оказались связаны с устойчивыми соединениями, в том числе с рутением и фосфатами алюминия. Это свойство Окло изучают как возможный пример того, как радиоактивные отходы могут закрепляться в породах. Однако само месторождение не было искусственным хранилищем: соединения сформировались в ходе природных процессов.
Окло остаётся подтверждённым примером естественной ядерной реакции. Учёные допускают, что подобные зоны могли существовать и в других местах, но обнаружить удалось только габонские месторождения. Одним из регионов, где исследователи предполагают возможность новых находок, называют Бразилию. Данных о найденном там природном реакторе исходный материал не приводит.