1972-ben Franciaországban egy gaboni uránérc-szállítmány vizsgálata során egy apró, de nagyon furcsa anomáliára lettek figyelmesek. A természetes uránban a hasadóképes urán-235 izotóp arányának gyakorlatilag állandónak kellene lennie, azonban az oklói lelőhelyről származó mintában a vártnál kevesebbet találtak. Először felmerült a gyanú, hogy az ércet már valaki megmunkálta, és az urán egy része maghasadáson esett át. A minta azonban teljesen természetes volt.
A további elemzés még meglepőbbé tette a felfedezést. A kőzetben maghasadási termékeket találtak – ugyanannak a fizikai reakciónak a nyomait, amelyen a modern atomreaktorok alapulnak. Csakhogy ez körülbelül kétmilliárd évvel ezelőtt történt, amikor a Földön még sem szárazföldi állatok, sem ember nem létezett.
Miért vált hirtelen reaktorként működővé a közönséges uránérc
Ma a természetes urán csak körülbelül 0,72% urán-235-öt tartalmaz. Ez normál körülmények között nem elegendő ahhoz, hogy egy darab uránérc stabilan működő víz-urán reaktorként funkcionáljon. Kétmilliárd évvel ezelőtt azonban más volt a helyzet.
Az urán-235 gyorsabban bomlik, mint a gyakoribb urán-238. Ezért minél messzebb megyünk vissza gondolatban az időben, annál magasabb az U-235 aránya a természetes uránban. Az oklói működés idején ez lényegesen magasabb volt a mainál, és nagyjából azon a szinten állt, amely mellett egy nagyon gazdag lelőhelyen már kialakulhatott egy önfenntartó láncreakció. Ráadásul maga az érc az oklói lelőhely egyes részein kivételesen gazdag volt: az USGS 60%-ot is elérő urántartalmú mintákat említ.
Önmagában az urán még mindig nem volt elegendő. Szükség volt még egy feltételre – a vízre.
Az uránatomok hasadásakor gyors neutronok repülnek ki. Az uránban gazdag kőzeten átszivárgó víz lelassította őket. Az ilyen neutronok sokkal hatékonyabban idéztek elő újabb U-235 hasadásokat. Egy atom elbomlott, új neutronok keletkeztek, amelyek eltalálták a következő atommagokat – és a kőzetben beindult a láncreakció.
Éppen a gazdag uránérc, a kellően magas U-235 arány, a lelőhely megfelelő geometriája és a talajvíz kombinációja változtatta az afrikai föld mélyének egy részét a reaktor természetes analógjává.
Saját szabályozó mechanizmusa volt
A legérdekesebb dolog jóval később derült ki.
A kutatók megvizsgálták az oklói kőzetekben megmaradt xenonizotópokat. Arányukból sikerült rekonstruálni az egyik reaktorzóna hozzávetőleges működési módját. Nem folyamatos égésről volt szó, hanem egy igazi természetes ciklusról: körülbelül 30 perc aktív reakció, majd mintegy két és fél óra pihenő.
A valószínű mechanizmus meglepően egyszerűnek bizonyult.
A víz behatolt az uránércbe és lelassította a neutronokat – a reakció felerősödött. Hő szabadult fel, a víz felmelegedett, és gőz formájában fokozatosan távozott az aktív zónából. Elegendő víz nélkül a neutronok nem lassultak le hatékonyan, és a láncreakció elcsendesedett.
A kőzet lehűlt. A víz újra beszivárgott. És minden kezdődött elölről.
Vagyis Oklónak nem voltak sem operátorai, sem szenzorai, sem szabályozórúdjai. A szabályozó maga a geológia volt: a víz beindította a reakciót, a felmelegedés eltávolította a vizet és leállította azt.
Éppen ezért a természetes reaktor nem vált az állandóan növekvő hőtermelés ellenőrizhetetlen forrásává.
Hogyan találtak rá kétmilliárd év elteltével
A reakció nyomai a kőzetek izotópösszetételének köszönhetően maradtak fenn. Oklóban nemcsak az U-235 szokatlan mennyiségét, hanem a jellegzetes hasadási termékeket is felfedezték. A fizikusok számára ez nagyjából olyan, mintha egy régen kialudt tűzrakóhelyen szenet, hamut és megégett fahasábokat találnának: magát a tüzet már rég nem látni, de egyértelmű, hogy mi történt ott.
Különösen értékesnek bizonyult az a kérdés, hogy hová lettek a reakció radioaktív termékei az óriási időtartam alatt.
Az egyes zónák vizsgálata kimutatta, hogy a hasadási termékek egy része nagyon hosszú ideig megmaradt a kőzet ásványaiban és szerves anyagában. Egyes területeken az uráninit megszilárdult, grafit-szerű szerves anyagba ágyazódott, és a hasadás során keletkezett elemek sora gyakorlatilag nem vándorolt el belőle. Ezért Oklót többek között olyan természetes kísérletként tanulmányozzák, amely megmutatja a radioaktív anyagok viselkedését geológiai időskálán.
Megjelenhet-e ilyen reaktor ma
Ugyanazokban a körülmények között – gyakorlatilag nem.
Az elmúlt kétmilliárd év alatt az U-235 jelentős része elbomlott, ezért aránya a természetes uránban körülbelül 0,72%-ra csökkent. Ahhoz, hogy a legtöbb modern energetikai reaktorhoz üzemanyagot kapjanak, az uránt speciálisan dúsítani kell. Okló korában a természet még sokkal megfelelőbb izotópösszetétellel rendelkezett.
Ezenkívül számos tényező ritka egybeesésére volt szükség: egy gazdag és kellően nagy lelőhelyre, az urán megfelelő eloszlására és a víz utánpótlására. A Nemzetközi Atomenergia-ügynökség megjegyzi, hogy más természetes reaktorok is létezhettek egykor, de azokat az erózió és a geológiai folyamatok elpusztíthatták, vagy egyszerűen még nem fedezték fel őket. Okló az egyetlen ismert terület, ahol ezt a jelenséget sikerült megbízhatóan igazolni.
És talán ez a történet legérdekesebb része. Az ember csak a XX. században érte el először az irányított láncreakciót. A természet viszont körülbelül kétmilliárd évvel előttünk megtalálta a szükséges feltételeket – összegyűjtötte az uránt, a vizet és a megfelelő kőzetet, beindította a reakciót, sőt, még egy egyszerű automatikus leállító mechanizmust is létrehozott.
Nincs itt semmilyen titokzatos ősi technológia. Éppen ellenkezőleg, Okló azért érdekesebb, mert az atomreaktor megjelenéséhez nem volt szükség semmire, csak a fizika törvényeire és a geológiai körülmények rendkívül szerencsés egybeesésére.
