כור גרעיני טבעי של גבון, מערב אפריקה

2023 מְחַבֵּר: Sherilyn Boyd | [email protected]. : 2023-05-26 18:30

כדי להבין כיצד הגיע הכור הגרעיני הטבעי, זה עוזר להבין מעט מההיסטוריה והמדע של תגובות גרעיניות.

תגובות גרעיניות בקצור נמרץ

על פי הוועדה הבינלאומית לאנרגיה אטומית (IAEA), ישנם למעלה מ -400 תחנות כוח גרעיניות הפועלות ביותר מ -30 מדינות; ולמרות האחרונות כישלונות בטיחות קטסטרופלי כמו הטרגדיה ב Fukushima Daiichi בשנת 2011, כמעט 70 תחנות כוח גרעיניות חדשות נמצאים כעת בבנייה. אז למה אנחנו ממשיכים לבנות מתקנים מסוכנים כאלה? כוח, כי למרות אסונות כמו צ'רנוביל ופוקושימה, מגה וואט עבור מגה וואט הוא למעשה, באופן כללי, נחשב בדרך כלל בטוח יותר "ירוק" יותר כוח שנוצר באמצעות פחם או גז.

סוג זה של כוח גרעיני נוצר כאשר איזוטופ, לעתים קרובות אורניום 235 (U-235), הוא מופגז עם נויטרונים. ההתנגשות בדרך כלל שוברת את האיזוטופ לשני חלקים, שכל אחד מהם מכיל מחצית מהנייטרונים ופרוטונים של האטום המקורי, בתהליך הנקרא ביקוע גרעיני. במהלך התגובה, כמות קטנה של המסה הוא איבד, שהוא תוצאה של מעט חומר להיות המרה כמות גדולה יחסית של אנרגיה.

בכור טיפוסי, הרבה U-235 הוא התאספו ולאחר מכן מופגז בנייטרונים; בכל התנגשות בין U-235 לבין הנויטרונים, שניים נוספים נויטרונים מיוצרים יחד עם שחרורו של אנרגיה. כל עוד יש מספיק איזוטופים U-235 על, אלה נויטרונים נוספים יגרום תגובות נוספות. התגובות גדלות באופן אקספוננציאלי בתהליך הנקרא תגובת שרשרת המייצרת עוד יותר אנרגיה. תחנות כוח גרעיניות לרתום את האנרגיה מתגובות שרשרת מבוקרות אלה ולהמיר אותו לחשמל שמעצים דברים כמו ה- MacBook Air שבו אני כותב.

אורניום 235

אורניום הוא אחד האלמנטים הכבדים ביותר, עם משקל אטומי של 238.03. במאמר זה, רק שלושה איזוטופים של זה נמצאים באופן טבעי בקרום כדור הארץ; U-238, המהווה 99.3% מכלל האורניום, U-235, המהווה את רוב הנותרים.7%, ו- U-234, אשר נוכח רק כמות זעירה. U-238 הוא רק תגובתי קלה ולא עושה חומר ביקוע טוב. U-235, לעומת זאת, הוא יוצא מן הכלל להיות מפוצל והפקת הרבה אנרגיה.

כאשר זה בא מתוך האדמה, עפרות אורניום מורכב של שלושה איזוטופים הפרופורציות היחסי שלהם. כדי להיות בקיע, את אחוז U-235 ב עפרות יש להגדיל מ -7% עד כ 5% מכלל. תהליך זה ידוע בשם העשרה אורניום. בתרחיש העשרה טיפוסי, האורניום מומרת לגז, אורניום hexafluoride (UF-6), ואת הגז מופרד במשקל (זכור, U-234 ו U-235 הם קלים יותר U-238). ההפרדה מאפשרת מספיק אורניום כבד להסיר, ואת החומר הנותר בסופו של דבר יש ריכוז מתאים של U-235 עבור ביקוע.

הכור הגרעיני של גבון

אתם יכולים לשאול: "אם עפרות האורניום אינן מתאימות לתגובות גרעיניות ללא תהליך העשרה מסובך, מעשה ידי אדם, כיצד טבעי התחיל לפני כמעט שני מיליארד שנים?" שאלה טובה, והתשובה אינה "חייזרים".

ל- U-235 אורך מחצית חיים קצר בהרבה מאשר U-238, כך שבעבר הרחוק, זה היה צריך להיות הרבה יותר בשפע, ובריכוזים גדולים יותר מאשר היום. המדען פאול ק'קורודה הציע ב- 1956 כי עפרות זו, שתתבסס על התנאים הנכונים, תתמוך בבקעה גרעינית ותגובות שרשרת, שיהוו כור גרעיני טבעי.

ישנן שתי תיאוריות על אופן הפעולה של הכור בגאבון, למרות ששניהם מניחים מחזור של תגובת שרשרת, הפסקה, קירור, חזרה על פני אלפי שנים, עד להשלמת החומר הבקיע.

תיאוריה אחת מציעה שהאורניום היה מכוסה במי תהום, אשר מיתנו את הנייטרונים וסיפקו סביבה שתמכה בתגובת שרשרת. האנרגיה שהולידה בסופו של דבר את מי התהום לרתיחה, והיא התנודדה. עם מי התהום נעצרה התגובה. בסופו של דבר, המים החלחלו בחזרה לתוך מערת האורניום, והתהליך חזר על עצמו, עד שהריכוזים היו נמוכים מכדי לתמוך בתגובות נוספות.

התיאוריה השנייה, שאינה מתקבלת על הדעת, הציעה כי הכור הבוער שיחרר אלמנטים מסוימים של אדמה נדירה, כגון סמריום, גדוליניום ודיספרוזיום, שספגו את הנייטרונים ועצרו את תגובת השרשרת, לזמן מה או במקומות מסוימים, הוא צץ שוב בקרבת מקום.

פרטים על התיאוריה הראשונה דווחו שטח יומי ב 2004:

הדמיון הזה (לגייזר) מעיד על כך שחצי שעה לאחר תחילת תגובת השרשרת, מים לא מאורגנים הופכים לאדים, מקטינים את השטף הנויטרוני התרמי והופכים את הכור למחיר קריטי.

זה לקח לפחות שעתיים וחצי עבור הכור להתקרר עד שביקוע Xe (קסנון) החלו לשמור.לאחר מכן חזר המים לאזור הכור, תוך מתן נייטרונים מתינות ושוב הקמת שרשרת לקיום עצמי.

הוכחה של אוקסלו מאובן ביקוע כור

אז איך אנחנו יודעים שזה קרה בכלל? כמה סיבות.

ראשית, בחקירה הצרפתית הראשונה ב -1972 נמצא כי הריכוז של U-235 מהאתר היה נמוך בהרבה מזה שנצפה בדרך כלל בטבע; למעשה, הריכוזים מדגימות אוקלו היו דומים לאלה שנמצאו בדלק גרעיני.

שנית, הצרפתים גילו גם פערים באיזוטופים אחרים מהאתר, כולל ניאודימיום ורותניום, שניהם עולים בקנה אחד עם ביקוע U-235.

שלישית, בשנת 2004 מחקר וושינגטון אוניברסיטת פיסיקאים לחקור את האתר גילו כמויות גבוהות של זירקוניום, סידום ו סטרונציום אשר הופקו באמצעות ביקוע גרעיני.

רביעית, החוקרים האמריקנים גם זיהו כי פיקדונות Oklo הכיל את הריכוזים הגדולים של קסנון המיוצר ביקוע ו קריפטון אי פעם נמצא.

לקחים מכור אוקלו

תגלית מפתיעה אחת מאוקלו היא שבניגוד לכורי הביקוע שלנו שמייצרים פסולת רעילה משמעותית שאף אחד לא רוצה לאחסן (תחשוב על הר יוקה), אמא טבע נפטרה בשלום. לדברי החוקרים לשטוף U, הכור הטבעי לכוד בבטחה פסולת רעילה שלה (XE ו Kr-85) במתחם הכימי, aluminophosphate:

מרתק לחשוב שתגובה גרעינית טבעית יכולה להגיע לתנאים הקריטיים, וכי היא מסוגלת גם לאחסן את הפסולת שלה.

בהערה אחרונה, זה מרגיע לדעת כי טבעי U-235 אינו קיים כיום בריכוזים הדרושים כדי להתחיל או לקיים היום המודרנית כור גרעיני טבעי. אז, למרות שיום אחד אולי נצטרך לחיות דרך צ'רנוביל אחרת, לפחות נדע שאנחנו רק צריכים להאשים. üòâ

בונוס עובדות:

• שלושה מייל איילנד, תאונת תחנת הכוח הגרעינית ליד מידלטון, פנסילבניה, היא תאונת תחנת הכח הרצינית ביותר בהיסטוריה של ארה"ב. הוא לא גרם למותם ולא נגרם נזק לעובדי המפעל או לקהילה הסמוכה. זה היה עדיין מדורג רמה 5 על INES, למרות שזה באמת צריך רק היה מדורגת ברמה 2.
• אם אתה מחנות את הצמח בבית שלושה מייל איילנד במהלך התאונה שקרה שם בשנת 1979, היית מקבל רק 80 millirems נוספים של חשיפה במהלך תאונה. עבור הפניה, אם אתה אי פעם היה עמוד השדרה שלך צילומי רנטגן, היית מקבל בערך כפול כי רק כמה שניות של רנטגן. אם הייתם במרחק של כעשרה קילומטרים מהכור במהלך התאונה, הייתם מקבלים בערך 8 מיליארדים או על קרינה מייננת דומה של אכילת 800 בננות, שהן רדיואקטיביות באופן טבעי. לא ידוע על מקרי מוות / סרטן / וכו '. אשר נבע תאונה שלושה מייל איילנד.
• התגובה הציבורית לשלושה מייל איילנד עברה מאוד מהסיבה שהאירוע הצדיק. זה היה בעיקר בשל מידע שגוי בעיתונות; אי הבנה של קרינה מייננת בקרב הציבור הרחב; ואת העובדה, לא 12 ימים לפני שזה קרה, את הסרט תסמונת סין שוחרר. העלילה של הסרט היתה איך כורים גרעיניים לא בטוחים היו כמעט כולם בסרט אבל אחד הדמויות הראשיות היה מנסה לכסות את זה. תסמונת סין הסרט הכותרת של המושג באה מתוך הנחת היסוד כי אם גרעיני הכור הגרעיני האמריקאי היו להתמוסס, זה היה להמיס דרך מרכז כדור הארץ לסין. להתהדר העובדה כי הוא למעשה את האוקיינוס ההודי כי הוא בצד השני של כדור הארץ מארה"ב, לא סין, ואת הבעיות הברורות עם, ההנחה באמצעות הנחת כדור הארץ, זה לא יכול להיות טוב יותר מתוזמן הסרט עד פרסומת חינם דרך העיתונות בשל האירוע שלושה מייל איילנד. הסרט היה מועמד למספר פרסים האקדמיה, כולל השחקנית הטובה ביותר על ידי ג 'יין פונדה.
• למרבה הפלא, אם היינו למעשה מסוגל להמיר חומר באופן מושלם לאנרגיה עם 1 ק"ג של חומר להיות מושמד לחלוטין, האנרגיה המיוצר רק כמות קטנה של החומר הוא על 42.95 מגה טון של TNT. אז גבר בוגר במשקל של כ 200 ק"ג יש איפשהו בסביבות 4000 מגה-טון של פוטנציאל TNT בעניינם אם הושמד לחלוטין.
• מדובר בכ- 80 פעמים יותר אנרגיה ממה שהופק מפצצת הגרעין הגדולה ביותר, "צאר בומבה", אשר עצמה הפיקה פיצוץ גדול פי 1,400 פעמים יותר מאשר פיצוצים משולבים של הפצצות שהוטלו על הירושימה ונגסקי.

• כדי להמחיש עוד יותר, 1 מגה-טון של TNT, כאשר הומרו לקילוואט, מספק מספיק חשמל לשלטון בית אמריקאי ממוצע במשך כ -100 אלף שנה. זה גם מספיק כדי לשלטון את כל ארצות הברית במשך קצת מעל 3 ימים. אז 1 ק"ג של עניין כלשהו להיות מושמד לחלוטין יוכל לשלטון את כל ארצות הברית במשך כארבעה חודשים. אז גבר מבוגר ממוצע, כאשר משמיד לחלוטין, היה לייצר מספיק אנרגיה כדי כוח בארה"ב במשך כ -30 שנה. משבר האנרגיה נפתרה.

  

• בקנה מידה מבולבל לחלוטין, פיצוץ סופרנובה טיפוסי ייתן כ -10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 מגה-טון של TNT. * cowers בפינה *