Атомные реакторы в габоне. Факты есть, но наука молчит про древний ядерный реактор. Уроки прошлых цивилизаций

Во время проведения обычного анализа образцов урановой руды выявился очень странный факт — процентное содержание урана-235 было ниже нормы. В природном уране содержится три изотопа, отличающихся атомными массами. Самый распространённый — уран-238, самый редкий — уран-234, и представляющий наибольший интерес — уран-235, поддерживающий цепную ядерную реакцию. Повсюду — и в земной коре, и на Луне, и даже в метеоритах — атомы урана-235 составляют 0,720% общего количества урана. Но в образцах из месторождения Окло в Габоне содержание урана-235 составляло всего 0,717%. Этого крошечного несоответствия было достаточно, чтобы насторожить французских учёных. Дальнейшие исследования показали, что в руде недоставало около 200 кг — вполне достаточно для изготовления полдюжины ядерных бомб.

В открытом карьере для разработки залежей урана в Окло, в Габоне, обнаружено более дюжины зон, где когда-то происходили ядерные реакции

Специалисты французской Комиссии по атомной энергии были озадачены. Ответом послужила статья 19-летней давности, в которой Джордж Ветрилл (George W. Wetherill) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Марк Ингрэм (Mark G. Inghram) из Чикагского университета высказали предположение о существовании в далёком прошлом природных ядерных реакторов. Вскоре Пол Курода (Paul К. Kuroda), химик из Университета Арканзаса, определил „необходимые и достаточные“ условия для того, чтобы в теле уранового месторождения спонтанно возник процесс самоподдерживающегося расщепления.

Согласно его расчётам, размер месторождения должен превышать среднюю длину пробега нейтронов, вызывающих расщепление (около 2/3 метра). Тогда нейтроны, испущенные одним расщепившимся ядром, будут поглощены другим ядром до того, как они покинут урановую жилу.

Концентрация урана-235 должна быть достаточно велика. Сегодня даже большое месторождение не может стать ядерным реактором, так как содержит меньше 1% урана-235. Этот изотоп распадается приблизительно в шесть раз быстрее, чем уран-238, из чего следует, что в отдалённом прошлом, например, 2 млрд. лет назад, количество урана-235 составляло около 3% — примерно столько, сколько в обогащённом уране, используемом как топливо на большинстве атомных электростанций. Также необходимо наличие вещества, способного замедлять нейтроны, испущенные при расщеплении ядер урана так, чтобы они более эффективно вызывали расщепление других ядер урана. Наконец, в массе руды не должно быть заметных количеств бора, лития или других так называемых ядерных ядов, которые активно поглощают нейтроны и вызвали бы быструю остановку любой ядерной реакции.

Естественные реакторы расщепления были найдены только в сердце Африки — в Габоне, в Окло и соседних урановых шахтах в Окелобондо и на участке Бангомбе, расположенном примерно в 35 км.

Исследователи установили, что условия, создавшиеся 2 млрд. лет назад на 16 отдельных участках как в пределах Окло, так и на соседних урановых шахтах в Окелобондо, были очень близки к тому, что описал Курода (см. „Божественный реактор“, „Вмире науки“, № 1, 2004 г.). Хотя все эти зоны были обнаружены десятилетия назад, только недавно нам наконец удалось прояснить, что же происходило внутри одного из этих древних реакторов.

Проверка лёгкими элементами

Вскоре физики подтвердили предположение, что снижение содержания урана-235 в Окло было вызвано реакциями расщепления. Бесспорное доказательство появилось при изучении элементов, возникающих при расщеплении тяжелого ядра. Концентрация продуктов распада оказалась настолько высокой, что подобное заключение было единственно верным. 2 млрд. лет назад здесь происходила цепная ядерная реакция, подобная той, которую Энрико Ферми и его коллеги блестяще продемонстрировали в 1942 г.

Физики всего мира изучали доказательства существования естественных ядерных реакторов. Результаты своих работ по „феномену Окло“ учёные представили на специальной конференции в столице Габона Либревилле в 1975 г. В следующем году Джордж Коуэн (George A. Cowan), представлявший на этой встрече США, написал статью для журнала Scientific American (см. „A Natural Fission Reactor“, by George A. Cowan, July 1976).

Коуэн обобщил информацию и описал представления о происходившем в этом удивительном месте: некоторые из нейтронов, испущенных при расщеплении урана-235, захватываются ядрами более распространённого урана-238, который превращается в уран-239, и после испускания двух электронов превращается в плутоний-239. Так в Окло образовалось более двух тонн этого изотопа. Затем часть плутония подверглась расщеплению, о чём свидетельствует наличие характерных продуктов его деления, что и позволило исследователям заключить, что эти реакции должны были продолжаться сотни тысяч лет. По количеству использованного урана-235 они вычислили количество выделенной энергии — около 15 тыс. МВт-лет. Согласно этим и другим свидетельствам, средняя мощность реактора оказалась меньше 100 кВт, то есть её хватило бы для работы нескольких дюжин тостеров.

Как возникли больше десятка естественных реакторов? За счёт чего обеспечивалась их постоянная мощность в течение нескольких сотен тысячелетий? Почему они не самоуничтожились сразу после того, как начались цепные ядерные реакции? Какой механизм обеспечил необходимое саморегулирование? Работали ли реакторы непрерывно или периодически? Ответы на эти вопросы появились не сразу. А на последний вопрос удалось пролить свет совсем недавно, когда мои коллеги и я занялись исследованием образцов загадочной африканской руды в Вашингтонском университете в Сент-Луисе.

Расщепление в деталях

Цепные ядерные реакции начинаются, когда отдельный свободный нейтрон попадает в ядро расщепляющегося атома, типа урана-235 (вверху слева). Ядро расщепляется, давая два меньших атома и испуская другие нейтроны, которые отлетают с большой скоростью и должны быть замедлены прежде, чем они смогут вызвать расщепление других ядер. В отложении в Окло так же, как в современных ядерных реакторах на лёгкой воде, замедляющим агентом была обычная вода. Отличие состоит в системе регулирования: на атомных электростанциях используются поглощающие нейтроны стержни, а реакторы в Окло просто нагревались до тех пор, пока вода не выкипала.

Что скрывал благородный газ

Наша работа по одному из реакторов в Окло была посвящена анализу ксенона — тяжёлого инертного газа, который может оставаться заключённым в минералах в течение миллиардов лет. Ксенон имеет девять устойчивых изотопов, возникающих в различных количествах в зависимости от характера ядерных процессов. Будучи благородным газом, он не вступает в химические реакции с другими элементами, и поэтому его легко очистить для изотопного анализа. Ксенон чрезвычайно редок, что позволяет использовать его для обнаружения и отслеживания ядерных реакций, даже если они происходили ещё до рождения Солнечной системы.

Атомы урана-235 составляют около 0,720% естественного урана. Поэтому, когда рабочие обнаружили, что уран из карьера Окло содержал чуть больше 0,717%, они были удивлены, Этот показатель действительно существенно отличается от результатов анализа других образцов руды урана (вверху). Видимо, в прошлом отношение урана-235 к урану-238 было намного выше, так как период полураспада урана-235 намного короче. В подобных условиях становится возможной реакция расщепления. Когда 1,8 млрд, лет назад сформировались урановые залежи в Окло, естественное содержание урана-235 составляло около 3%, как и в топливе для ядерных реакторов. Когда примерно 4,6 млрд. лет назад сформировалась Земля, соотношение превышало 20%, то есть уровень, при котором уран сегодня считается „оружейным“.

Для анализа изотопного состава ксенона требуется масс-спектрометр — прибор, который может сортировать атомы по их весу. Нам повезло: мы получили доступ к чрезвычайно точному масс-спектрометру для ксенона, построенному Чарльзом Хохенбергом (Charles М. Hohenberg). Но сначала нужно было извлечь ксенон из нашего образца. Обычно минерал, содержащий ксенон, нагревают выше точки плавления, при этом кристаллическая структура разрушается и больше не может удерживать заключённый в ней газ. Но мы, чтобы собрать больше информации, применили более тонкий метод — лазерное извлечение, позволяющий добраться до ксенона в определённых зёрнах и оставляющий прилегающие к ним области нетронутыми.

Мы обработали много крошечных участков единственного имеющегося у нас образца горной породы из Окло толщиной всего 1 мм и шириной 4 мм. Чтобы точно нацелить лазерный луч, мы воспользовались подробной рентгеновской картой объекта, построенной Ольгой Прадивцевой, которая также идентифицировала составлявшие его минералы. После извлечения мы очищали выделившийся ксенон и анализировали в масс-спектрометре Хохенберга, который давал нам число атомов каждого изотопа.

Здесь нас ожидало несколько сюрпризов: во-первых, в богатых ураном зёрнах минералов газа не оказалось. Большая его часть была захвачена минералами, содержащими фосфат алюминия, — в них была обнаружена самая высокая концентрация ксенона, когда-либо найденного в природе. Во-вторых, извлечённый газ существенно отличался по изотопному составу от обычно образующегося в ядерных реакторах. В нём практически отсутствовал ксенон-136 и ксенон-134, тогда как содержание более лёгких изотопов элемента осталось прежним.

Ксенон, извлечённый из зёрен фосфата алюминия в образце из Окло, оказался любопытного изотопного состава (слева), не соответствующего тому, что получается при расщеплении урана-235 (в центре), и не похож на изотопный состав атмосферного ксенона (справа). Примечательно, что количества ксенона-131 и -132 выше, а количества -134 и -136 ниже, чем следовало ожидать от расщепления урана-235. Хотя эти наблюдения вначале весьма озадачили автора, позже он понял, что они содержали ключ к пониманию работы этого древнего ядерного реактора.

В чём причина таких изменений? Возможно, это результат ядерных реакций? Тщательный анализ позволил моим коллегам и мне отклонить эту возможность. Мы рассмотрели также физическую сортировку различных изотопов, которая иногда происходит из-за того, что более тяжёлые атомы движутся немного медленней, чем их более лёгкие аналоги. Это свойство используется на заводах по обогащению урана для производства реакторного топлива. Но даже если бы природа могла реализовать подобный процесс в микроскопическом масштабе, состав смеси изотопов ксенона в зёрнах фосфата алюминия отличался бы от того, что мы обнаружили. Например, измеренное относительно количества ксенона-132 уменьшение содержания ксенона-136 (более тяжёлого на 4 атомные единицы массы) было бы вдвое больше, чем для ксенона-134 (более тяжёлого на 2 атомные единицы массы), если бы работала физическая сортировка. Однако мы не увидели ничего подобного.

Проанализировав условия образования ксенона, мы обратили внимание, что ни один из его изотопов не был прямым результатом расщепления урана; все они были продуктами распада радиоактивных изотопов йода, которые, в свою очередь, образовывались из радиоактивного теллура и т. д., согласно известной последовательности ядерных реакций. При этом различные изотопы ксенона в нашем образце из Окло возникали в разные моменты времени. Чем дольше живёт конкретный радиоактивный предшественник, тем больше запаздывает образование из него ксенона. Например, образование ксенона-136 началось только спустя минуту после начала самоподдерживающегося расщепления. Спустя час появляется следующий более легкий устойчивый изотоп, ксенон-134. Затем, спустя несколько дней, на сцене появляются ксенон-132 и ксенон-131. Наконец, через миллионы лет, и много позже прекращения цепных ядерных реакций, образуется ксенон-129.

Если бы залежи урана в Окло оставались замкнутой системой, ксенон, накопившийся в процессе работы его естественных реакторов, сохранил нормальный изотопный состав. Но система не была замкнутой, подтверждением чего можно считать тот факт, что реакторы в Окло каким-то образом регулировали сами себя. Наиболее вероятный механизм предполагает участие в этом процессе грунтовых вод, которые выкипали после того, как температура достигала некоторого критического уровня. При испарении воды, действовавшей как замедлитель нейтронов, цепные ядерные реакции временно прекращались, а после того, как всё остывало и в зону реакции снова проникало достаточное количество грунтовых вод, расщепление могло возобновиться.

Эта картина проясняет два важных момента: реакторы могли работать периодами (включаясь и выключаясь); через эту горную породу должны были проходить большие количества воды, достаточные, чтобы вымыть некоторые из предшественников ксенона, а именно теллур и йод. Присутствие воды помогает также объяснить, почему большая часть ксенона теперь содержится в зёрнах фосфата алюминия, а не в богатых ураном породах. Зёрна фосфата алюминия, вероятно, сформировались под действием нагретой ядерным реактором воды, после того как она охладилась приблизительно до 300°С.

Во время каждого активного периода действия реактора в Окло и в течение некоторого времени после, пока температура оставалась высокой, большая часть ксенона (включая ксенон-136 и -134, которые генерируются относительно быстро) удалялась из реактора. Когда же реактор остывал, более долгоживущие предшественники ксенона (те, которые позже породят ксенон-132, -131 и -129, которые мы нашли в большем количестве) оказывались включёнными в растущие зёрна фосфата алюминия. Затем, когда всё больше воды возвращалось в зону реакции, нейтроны в нужной степени замедлялись и снова начиналась реакция расщепления, заставляя повториться цикл нагревания и охлаждения. Результатом и стало специфическое распределение изотопов ксенона.

Не вполне ясно, какие силы удерживали этот ксенон в минералах фосфата алюминия в течение почти половины жизни планеты. В частности, почему ксенон, возникший в данном цикле работы реактора, не оказался изгнанным во время следующего цикла? Предположительно структура фосфата алюминия оказалась способной удерживать ксенон, образовавшийся внутри неё, даже при высоких температурах.

Попытки объяснить необычность изотопного состава ксенона в Окло потребовали рассмотреть также и другие элементы. Особое внимание привлек йод, из которого ксенон образуется при радиоактивном распаде. Моделирование процесса возникновения продуктов расщепления и их радиоактивного распада показало, что специфический изотопный состав ксенона — следствие циклического действия реактора, Этот цикл изображён на трёх схемах сверху.

Рабочий график природы

После того как была выработана теория возникновения ксенона в зёрнах фосфата алюминия, мы попытались реализовать этот процесс в математической модели. Наши выкладки прояснили многое в работе реактора, причём полученные данные об изотопах ксенона привели к ожидаемым результатам. Реактор в Окло „включался“ на 30 минут и „отключался“ по крайней мере на 2,5 часа. Подобным образом функционируют некоторые гейзеры: медленно нагреваются, вскипают, выбрасывая порцию грунтовых вод, повторяя этот цикл день за днём, год за годом. Так, грунтовые воды, проходящие через месторождение в Окло, могли не только быть замедлителем нейтронов, но и „регулировать“ работу реактора. Это был чрезвычайно эффективный механизм, не позволяющий структуре ни расплавиться, ни взорваться на протяжении сотен тысяч лет.

Инженерам, работающим в области ядерной энергетики, есть чему поучиться у Окло. Например тому, как обращаться с ядерными отходами. Окло представляет собой образец долгосрочного геологического хранилища. Поэтому учёные подробно исследуют процессы миграции с течением времени продуктов расщепления из естественных реакторов. Они также тщательно изучили такую же зону древнего ядерного расщепления на участке Бангомбе, примерно в 35 км от Окло. Реактор в Бангомбе представляет особый интерес, так как он находится на меньшей глубине, чем в Окло и Окелобондо, и до недавнего времени через него проходило больше воды. Подобные удивительные объекты подтверждают гипотезу, что многие виды опасных ядерных отходов можно будет успешно изолировать в подземных хранилищах.

Пример Окло также демонстрирует способ хранения некоторых видов наиболее опасных ядерных отходов. С начала промышленного использования ядерной энергии в атмосферу были выброшены огромные количества образующихся в ядерных установках радиоактивных инертных газов (ксенона-135, криптона-85 и др.). В природных реакторах эти отходы производства захватываются и удерживаются в течение миллиардов лет минералами, содержащими фосфат алюминия.

Древние реакторы типа Окло могут оказать влияние и на понимание фундаментальных физических величин, например, физической постоянной, обозначаемой буквой α (альфа), связанной с такими универсальными величинами, как скорость света (см. „Непостоянные постоянные“, „В мире науки“, № 9, 2005 г.). В течение трёх десятилетий феномен Окло (возрастом 2 млрд. лет) использовался как довод против изменений α. Но в прошлом году Стивен Ламоро (Steven К. Lamoreaux) и Джастин Торгерсон (Justin R. Torgerson) из Лос-Аламосской национальной лаборатории установили, что эта „постоянная“ значительно изменялась.

Являются ли эти древние реакторы в Габоне единственными, когда-либо образовавшимися на Земле? Два миллиарда лет назад условия, необходимые для самоподдерживающегося расщепления, были не слишком редкими, так что, возможно, однажды будут обнаружены и другие естественные реакторы. А результаты анализа ксенона из образцов могли бы очень помочь в этом поиске.

„Феномен Окло заставляет вспомнить высказывание Э. Ферми, построившего первый ядерный реактор, и П.Л. Капицы, которые независимо друг от друга утверждали, что только человек способен создать нечто подобное. Однако древний природный реактор опровергает эту точку зрения, подтверждая мысль А. Эйнштейна о том, что Бог более изощрён…“
С.П. Капица

Об авторе:
Алекс Мешик (Alex P. Meshik) окончил физический факультет Ленинградского государственного университета. В 1988 г. защитил кандидатскую диссертацию в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского. Его диссертация была посвящена геохимии, геохронологии и ядерной химии благородных газов ксенона и криптона. В 1996 г. Мешик начал работу в Лаборатории космических исследований в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, где он в настоящее время изучает благородные газы солнечного ветра, собранные и доставленные на Землю космическим кораблем „Генезис“.

Статья взята с сайта

Многое предложенное нам природой само по себе пока совершеннее и проще того, что планирует изготовить человек, поэтому исследователи изучают, в первую очередь, то, что предлагает нам природа.

Но в том, о чем пойдет разговор в этой статье, произошло все ровным счетом наоборот.

2 декабря 1942 года команда ученых Чикагского университета под руководством нобелевского лауреата Энрико Ферми создала первый рукотворный ядерный реактор. Это достижение держалось в секрете в период Второй мировой войны, как часть так называемого "Манхэттенского проекта" по созданию атомной бомбы.

Спустя 15 лет после создания человеком реактора расщепления учёные задумались о возможности существования атомного реактора, созданного самой природой. Первая официальная публикация на тему принадлежит перу японского профессора Пола Куроды (1956 год), который установил подробные требования для любых вероятных естественных реакторов, если таковые существуют в природе.

Ученый в деталях обрисовал это явление, и его описание до сих пор считается лучшим (классическим) в ядерной физике:

Приближенный возрастной диапазон образования естественного реактора
Необходимая концентрация урана в нем
Требуемое соотношение в нем изотопов урана - 235 U/ 238 U

Несмотря на тщательно проведенное исследование, Пол Курода не смог подыскать для своей модели пример естественного реактора среди имеющихся на планете месторождений урановой руды.

Маленькая, но критическая деталь, которую упустил из вида ученый - это возможность участия воды в качестве замедлителя цепной реакции. Он также не догадался о том, что определенные руды могут быть настолько пористы, что удерживают в себе необходимое количество воды, чтобы замедлить скорость нейтронов и поддержать реакцию.

Ученые утверждали, что только человек способен создать ядерный реактор, однако природа оказалась изощреннее.

Естественный ядерный реактор был обнаружен 2 июня 1972 года французским аналитиком Бужигесом на юго-востоке Габона в западной Африке, прямо в теле уранового месторождения.

А произошло открытие так.

Во время проведения рутинных спектрометрических исследований коэффициента содержания изотопов 235 U/ 238 U в руде с месторождения Окло в лаборатории французского уранообогатительного завода Пьеррлатт ученый-химик обнаружил небольшое отклонение (в 0,00717, по сравнению с нормой в 0,00720).

Для природы характерна стабильность изотопного состава различных элементов. Он неизменен на всей планете. В природе, конечно, протекают процессы распада изотопов, но тяжелым элементам это не свойственно, потому что разница в их массах недостаточна, для того чтобы данные изотопы делились в ходе каких-либо геохимических процессов. Но в месторождении Окло изотопный состав урана был нехарактерным. Этого маленького различия было достаточно, для того чтобы заинтересовать ученых.

Сразу появились различные гипотезы о причинах странного явления. Одни утверждали, что месторождение было заражено отработанным топливом инопланетных космических аппаратов, другие считали его местом захоронения ядерных отходов, доставшихся нам в "наследство" от древних высокоразвитых цивилизаций. Тем не менее, детальные исследования показали, что столь необычное соотношение изотопов урана образовалось естественным путем.

Вот какова смоделированная история этого "чуда природы".

Заработал реактор около двух миллиардов лет назад во времена протерозоя. Протерозой щедр на открытия. Именно в протерозое были разработаны основные принципы существования живой материи и развития жизни на Земле. Появились первые многоклеточные организмы и начали осваивать прибрежные воды, количество свободного кислорода в атмосфере Земли достигло 1%, и появились препосылки для бурного расцвета жизни, произошел переход от простого деления к половому размножению.

И вот, в столь важное для Земли время появляется и наш "ядерный природный феномен".

Все-таки удивительно, что в мире не найдено больше ни одного аналогичного реактора. Правда, по некоторым сведениям, следы похожего реактора найдены в Австралии. Объяснить это можно только тем, что в далекий кембрийский период Африка и Австралия представляли собой единое целое. Еще одна окаменелая реакторная зона также была обнаружена в Габоне, но в другом месторождении урана - в Бангомбе, в 35 километрах к юго-востоку от Окло.

На Земле известны урановые месторождения того же возраста, в которых, однако, ничего похожего не происходило. Вот только самые известные из них: Девилз-Хоул и Рэйниер-Мейса в штате Невада, Пенья-Бланка в Мексике, Бокс-Кэньон в Айдахо, Каймакли в Турции, Шове-Кав во Франции, Сигар-Лейк в Канаде и Оуэнс-Лейк в Калифорнии.

По-видимому, в протерозое в Африке возникли ряд уникальных условий, необходимых для запуска естественного реактора.

Каков же механизм столь удивительного процесса?

Вероятно, сначала в некой впадине, возможно, в дельте древней реки, образовался богатый урановый рудой слой песчаника, который покоился на крепком базальтовом ложе. После очередного землетрясения, обычного в ту эпоху, базальтовый фундамент будущего реактора опустился на несколько километров, потянув за собой урановую жилу. Жила растрескалась, в трещины проникла грунтовая вода. При этом уран охотно мигрирует с водой, содержащей большое количество кислорода, то есть в окислительной обстановке.

Насыщенная кислородом вода пробирается сквозь толщу горной породы, вымывает из нее уран, увлекает его за собой и постепенно расходует содержащийся в ней кислород на окисление органики и двухвалентного железа. Когда запас кислорода исчерпан, химическая обстановка в земных глубинах из окислительной становится восстановительной. "Странствие" урана после этого завершается: он отлагается в горных породах, накапливаясь на протяжении многих тысячелетий. Затем очередной катаклизм поднял фундамент до современного уровня. Такой схемы придерживаются многие ученые, в том числе и предложившие ее.

Как только масса и толщина слоев, обогащённых ураном, достигла критических размеров, в них возникла цепная реакция, и "агрегат" заработал.

Несколько слов следует сказать и о самой цепной реакции, которая является следствием сложных химических процессов, проходящих в "природном реакторе". Легче всего расщепляются ядра 235 U, которые, поглощая нейтрон, делятся на два фрагмента расщепления и испускают при этом два-три нейтрона. Изгнанные нейтроны могут, в свою очередь, быть поглощены другими урановыми ядрами, провоцируя нарастание распада.

Такая самоподдерживающаяся реакция управляема, чем и воспользовались люди, создавшие ядерный реактор расщепления. В нем контроль осуществляется при помощи управляющих стержней (произведенных из хорошо поглощающих нейтроны материалов, например, из кадмия), спускаемых в "горячую зону". В своем реакторе Энрико Ферми использовал именно такие кадмиевые пластины для регуляции ядерной реакции. Реактор же в Окло никем не управлялся в обычном понимании этого термина.

Цепная реакция сопровождается выделением большого количества тепла, поэтому до сих пор было неясно, почему природные реакторы в Габоне не взрывались, а реакции саморегулировались.

Ныне ученые уверены, что знают ответ. Исследователи из Вашингтонского университета считают, что взрывов не случалось благодаря присутствию горных водных источников. В различных реакторах, созданных человеком, в качестве замедлителя используется графит, необходимый для поглощения испускаемых нейтронов и поддержания цепной реакции, а в Окло роль замедлителя реакции исполняла вода. Когда в природный реактор попадала вода, она закипала и испарялась, в результате чего цепная реакция на время приостанавливалась. На охлаждение реактора и накопление воды требовались примерно два с половиной часа, а длительность активного периода составляла порядка 30 минут, сообщаетNature .

Когда порода остывала, вода вновь просачивалась и запускала ядерную реакцию. И так, то вспыхивая, то угасая, реактор, мощность которого составляла порядка 25 кВт (что в 200 раз меньше, чем у самой первой атомной электростанции), проработал приблизительно 500 тысяч лет.

В Окло, как и на всей остальной Земле и в Солнечной системе в целом, два миллиарда лет назад относительное содержание изотопа 235 U в урановой руде составляло 3000 на миллион атомов. В настоящее же время образование на Земле ядерного реактора естественным путём уже невозможно, поскольку в природном уране ощущается нехватка 235 U.

Есть и еще целый ряд условий, выполнение которых обязательно для запуска природной реакции расщепления:

Высокая общая концентрация урана
Низкая концентрация поглотителей нейтронов
Высокая концентрация замедлителя
Минимальная или критическая масса для запуска реакции расщепления

Кроме того, что природой был запущен сам механизм естественного реактора, не может не волновать и следующий, пожалуй, самый "насущный" для мировой экологии вопрос: что же произошло с отходами естественной ядерной "энергостанции"?

В результате работы природного реактора образовалось около шести тонн продуктов деления и 2,5 тонны плутония. Основная масса радиоактивных отходов "захоронена" внутри кристаллической структуры минерала уранита, который обнаружен в теле руд Окло.

Неподходящие по размерам ионного радиуса элементы, которые не могут проникнуть сквозь решетку уранита, либо взаимопроникают, либо выщелачиваются.

Оклинский реактор "поведал" человечеству о том, как можно захоронить ядерные отходы так, чтобы это могильник был безвреден для окружающей среды. Есть свидетельства того, что на глубине свыше ста метров при отсутствии несвязанного кислорода практически все продукты ядерных захоронений не вышли за границы рудных тел. Зарегистрированы перемещения только таких элементов, как йод или цезий. Это дает возможность провести аналогию между природными процессами и технологическими.

Самое пристальное внимание защитников окружающей среды привлекает проблема миграции плутония. Известно, что плутоний практически целиком распадается до 235 U, поэтому его неизменное количество может говорить о том, что избытка урана нет не только вне реактора, но также и вне гранул уранита, где образовывался плутоний во время активности реактора.

Плутоний - достаточно чужеродный элемент для биосферы, и встречается он в мизерной концентрации. Наряду с некоторым количеством в руде урановых месторождений, где он впоследствии распадается, немного плутония образуется из урана при взаимодействии с нейтронами космического происхождения. В малых количествах уран может встречаться в природе в различных концентрациях в абсолютно различных естественных средах - в гранитах, фосфоритах, апатитах, морской воде, почве и др.

В данный момент Окло - действующее урановое месторождение. Те рудные тела, которые располагаются у поверхности, добывают карьерным методом, а те, что на глубине, горными выработками.

Из семнадцати известных ныне ископаемых реакторов девять полностью засыпаны (недоступны).
Реакторная зона 15 - единственный реактор, который доступен через тоннель в шахте реактора. Остатки ископаемого реактора 15 ясно различимы как легкая серо-желтая цветастая скала, которая сложена, главным образом, из окиси урана.

Светлые цветные полоски в скалах выше реактора - это кварц, который выкристализовался из горячих подземных водных источников, циркулировавших в период активности реактора и после его угасания.

Однако как об альтернативной оценке событий того далекого времени можно упомянуть и о следующем мнении, связанном с последствиями работы природного реактора. Предполагается, что природный ядерный реактор мог привести к многочисленным мутациям живых организмов в том регионе, подавляющее большинство которых вымерли как нежизнеспособные. Некоторые палеоантропологи считают, что именно высокая радиация вызвала неожиданные мутации у бродивших как раз неподалеку африканских предков человека и сделала их людьми (!).

Одна из гипотез об инопланетном происхождении человека гласит, что в незапамятные времена Солнечную систему посетила экспедиция расы из центральной области галактики, где звезды и планеты гораздо старше, а следовательно, и жизнь зародилась там значительно раньше.

Сперва космические путешественники обосновались на Фаэтоне, некогда располагавшемся между Марсом и Юпитером, однако развязали там ядерную войну, и планета погибла. Остатки этой цивилизации обжили Марс, но и там атомная энергия погубила большую часть населения. Тогда оставшиеся колонисты прибыли на Землю, став нашими далекими предками.

Это теорию, возможно, подтверждает удивительное открытие, сделанное 45 лет назад в Африке. В 1972 году одна французская корпорация добывала на руднике Окло в Габонской Республике урановую руду. Тогда в ходе проведения стандартного анализа образцов руды специалисты обнаружили сравнительно большую недостачу урана-235 – отсутствовало более 200 килограммов данного изотопа. Французы моментально забили тревогу, поскольку пропавшего радиоактивного вещества хватило бы для изготовления не одной атомной бомбы.

Однако дальнейшее расследование показало, что концентрация урана-235 в габонском руднике настолько же низка, как в отработанном топливе реактора атомной электростанции. Неужели это своеобразный ядерный реактор? Анализ рудных тел в необычном месторождении урана показал, что деление ядер происходило в них еще 1,8 миллиарда лет назад. Но как это возможно без участия человека?

Природный ядерный реактор?

Спустя 3 года в габонской столице Либревиле прошла научная конференция, посвященная феномену Окло. Наиболее смелые ученые посчитали тогда, что загадочный ядерный реактор является результатом деятельности древней расы, которой была подвластна атомная энергетика. Тем не менее, большинство присутствовавших сошлись во мнении, что рудник является единственным на планете «природным ядерным реактором». Мол, он запустился многие миллионы лет сам по себе в силу естественных условий.

Люди официальной науки предполагают, что на прочном базальтовом ложе в дельте реки отложился слой богатого радиоактивной рудой песчаника. Благодаря тектонической активности в этом регионе базальтовый фундамент с ураноносным песчаником был погружен на несколько километров в землю. Песчаник якобы растрескался, и в трещины проникли грунтовые воды. Ядерное топливо располагалось в руднике компактными залежами внутри замедлителя, которым послужила вода. В глинистых «линзах» руды концентрация урана повысилась с 0,5 процента до 40 процентов. Толщина и масса слоев в определенный момент достигли критической отметки, произошла цепная реакция, и «природный реактор» заработал.

Вода, являясь естественным регулятором, поступала в активную зону и запускала цепную реакцию деления ядер урана. Выбросы энергии приводили к испарению воды, и реакция останавливалась. Однако спустя несколько часов, когда активная зона созданного природой реактора остывала, происходило повторение цикла. Впоследствии, предположительно, случился новый природный катаклизм, который приподнял данную «установку» до изначального уровня, или уран-235 просто-напросто выгорел. И работа реактора прекратилась.

Ученые подсчитали, что под землей хоть и вырабатывалась энергия, но ее мощность была невелика – не более 100 киловатт, чего хватило бы для работы нескольких десятков тостеров. Однако сам факт, что в природе самопроизвольно произошла выработка атомной энергии, впечатляет.

Или все же ядерный могильник?

Впрочем, многие специалисты не верят в такие фантастические совпадения. Первооткрыватели атомной энергии давно доказали, что ядерная реакция может быть получена исключительно искусственным путем. Естественная среда слишком нестабильна и хаотична для поддержания такого процесса миллионы и миллионы лет.

Поэтому многие эксперты убеждены, что речь идет не о ядерном реакторе в Окло, а о ядерном могильнике. Это место действительно больше напоминает захоронение отработанного уранового топлива, причем захоронение идеально оборудованное. Замурованный в базальтовый «саркофаг» уран сотни миллионов лет хранился под землей, и только вмешательство человека стало причиной его появления на поверхности.

Но раз существует могильник, то значит — был и реактор, который вырабатывал ядерную энергию! То есть кто-то, кто населял нашу планету 1,8 миллиарда лет тому назад, уже обладал технологией атомной энергетики. Куда же все это подевалось?

Если верить альтернативным историкам, наша технократическая цивилизация является отнюдь не первой на Земле. Есть все основания полагать, что и раньше существовали высокоразвитые цивилизации, которые использовали ядерную реакцию для получения энергии. Однако, как и человечество сейчас, наши далекие предки превратили эту технологию в оружие, а затем и погубили себя им. Возможно, что наше будущее тоже предопределено, и спустя пару миллиардов лет потомки нынешней цивилизации будут наталкиваться на оставленные нами захоронения ядерных отходов и удивляться: откуда они взялись?..

А. Ю. Шуколюков
Химия и Жизнь №6, 1980 г., с. 20-24

Этот рассказ - об открытии, которое предсказывали давно, которого долго ждали и уже почти отчаялись дождаться. Когда же все-таки открытие свершилось, то оказалось, что цепная реакция деления урана, считавшаяся одним из высших проявлений могущества человеческого разума, когда-то давным-давно могла идти и шла без какого-либо вмешательства человека. Об этом открытии, о феномене Окло, лет семь назад писали много и не всегда корректно. Со временем страсти поутихли, а информации об этом феномене за последнее время прибавилось...

ПОПЫТКИ С НЕГОДНЫМИ СРЕДСТВАМИ

Рассказывают, что в один из осенних дней 1945 г. японский физик П. Курода, потрясенный увиденным в Хиросиме, впервые задумался о том, не может ли подобный процесс деления ядер идти в природе. А если да, то не этот ли процесс порождает неукротимую энергию вулканов, которые как раз в то время Курода изучал?

Вслед за ним этой заманчивой идеей увлеклись и некоторые другие физики, химики, геологи. Но техника - появившиеся в 50-е годы энергетические ядерные реакторы - работала против эффектного умозаключения. Не то чтобы теория реакторов накладывала запрет на такой процесс - она объявляла его слишком маловероятным.

И все-таки стали искать следы при родной цепной реакции деления. Американец И. Орр, например, попытался обнаружить признаки ядерного "горения" в тухолите. Название этого минерала вовсе не свидетельство его неприятного запаха, слово образовано из первых букв латинских названий элементов, имеющихся в этом минерале,- тория, урана, водорода (хидрогениум, первая буква - латинская "аш", читающаяся как "х") и кислорода (оксигениум). А концовка "лит" - от греческого "литое" - камень.

Но никаких аномалий в тухолите не обнаружилось.

Отрицательный результат был получен и при работе с одним из самых известных урановых минералов - уранинитом 1 . Было высказано предположение, что редкоземельные элементы, присутствующие в заирском уранините, образовались в цепной реакции деления. Но изотопный анализ показал, что эта примесь - самая обыкновенная, не радиогенная.

Исследователи из Арканзасского университета попытались найти в горячих источниках Йеллоустонского национального парка радиоактивные изотопы стронция. Рассуждали так: вода этих источников подогревается неким источником энергии; если где-то в недрах действует природный ядерный реактор, в воду неизбежно просочатся радиоактивные продукты цепной реакции деления, в частности стронций-90. Однако никаких признаков повышенной радиоактивности в йеллоустонских водах не оказалось...

Где же искать природный реактор? Первые попытки были предприняты почти вслепую, на основе соображений типа "это может быть потому, что...". До серьезной теории природного ядерного реактора было еще далеко.

НАЧАЛА ТЕОРИИ

В 1956 г. в журнале "Nature" была опубликована маленькая, всего на страницу, заметка. В ней коротко излагалась теория природного ядерного реактора. Ее автором был все тот же П. Курода. Смысл заметки сводится к расчету коэффициента размножения нейтронов К Ґ . Величина этого коэффициента определяет, быть или не быть цепной реакции деления. И в реакторе, и в месторождении, очевидно.

Когда образуется урановое месторождение, в нем могут наличествовать три главных "действующих лица" будущей цепной реакции. Это горючее - уран-235, замедлители нейтронов - вода, окислы кремния и металлов, графит (сталкиваясь с молекулами этих веществ, нейтроны растрачивают свой запас кинетической энергии и из быстрых превращаются в медленные) и, наконец, поглотители нейтронов, среди которых - осколочные элементы (о них разговор особый) и, как это ни странно, сам уран. Преобладающий изотоп - уран-238 может делиться быстрыми нейтронами, но нейтроны средней энергии (более энергичные, чем медленные, и более медленные, чем быстрые) его ядра захватывают и при этом не распадаются, не делятся.

При каждом делении ядра урана-235, вызванном столкновением с медленным нейтроном, рождается два-три новых нейтрона. Казалось бы, число нейтронов в месторождении должно лавинообразно нарастать. Но все не так просто. "Новорожденные" нейтроны - быстрые. Чтобы вызвать новое деление урана-235, они должны стать медленными. Вот здесь-то и подстерегают их две опасности. Замедляясь, они должны как бы проскочить интервал энергий, при которых с нейтронами очень охотно реагирует уран-238. Не всем это удается - часть нейтронов выбывает из игры. Уцелевшие медленные нейтроны становятся жертвами атомных ядер редкоземельных элементов, всегда присутствующих в урановых месторождениях (и реакторах тоже).

Мало того, что они - элементы рассеянные - вездесущи. Они к тому же образуются при делении ядер урана - вынужденном и спонтанном. А некоторые осколочные элементы, например гадолиний и самарий, относятся к числу самых сильных поглотителей тепловых нейтронов. В итоге, на цепную реакцию в уране, как правило, нейтронов остается не так уж много...

Коэффициент размножения К Ґ - это и есть отношение остатка нейтронов к их первоначальному числу. Если K Ґ =1, в урановом месторождении устойчиво протекает цепная реакция, если K Ґ > 1, месторождение должно самоуничтожиться, рассеяться, может даже взорваться. При К Ґ Что для этого необходимо? Во-первых, чтобы месторождение было древним. Сейчас в природной смеси изотопов урана концентрация урана-235 всего 0,7%. Не многим больше она была и 500 миллионов, и миллиард лет назад. Поэтому ни в одном месторождении моложе 1 млрд. лет не могла начаться цепная реакция, независимо от общей концентрации урана или воды-замедлителя. Период полураспада урана-235 около 700 млн. лет. Чем дальше в глубь веков, тем больше была концентрация изотопа уран-235. Два миллиарда лет назад она составляла 3,7%, 3 млрд. лет - 8,4%, 4 млрд. лет - целых 19,2%! Вот тогда, миллиарды лет назад, древнейшие месторождения урана были достаточно богатыми, готовыми вот-вот "вспыхнуть".

Древность месторождения - необходимое, но не достаточное условие действия природных реакторов. Другое, также необходимое условие - присутствие здесь же воды в больших количествах. Вода, особенно тяжелая,- лучший замедлитель нейтронов. Не случайно же критическая масса урана (93,5% 235 U) в водном растворе - меньше одного килограмма, а в твердом состоянии, в виде шара со специальным отражателем нейтронов - от 18 до 23 кг. Не меньше 15-20% воды должно было быть в составе урановой древней руды, чтобы в ней вспыхнула цепная реакция деления урана.

Но и этого еще недостаточно. Необходимо, чтобы урана в руде было не меньше 10-20%. При иных обстоятельствах природная цепная реакция не могла бы начаться. Заметим тут же, что сейчас богатыми считаются руды, в которых от 0,5 до 1,0% урана; больше 1 % - очень богатыми...

Но и это еще не все. Нужно, чтобы месторождение было не слишком маленьким. Например, в куске руды величиною с кулак - самой древней, самой концентрированной (и по урану, и по воде) - цепная реакция начаться бы не могла. Слишком много нейтронов вылетали бы из такого куска, не успев вступить в цепную реакцию. Подсчитали, что размеры залежей, которые могли бы стать природными реакторами, должны составлять хотя бы несколько кубометров.

Итак, чтобы в месторождении сам собой заработал "нерукотворный" ядерный реактор, нужно, чтобы одновременно соблюдались все четыре обязательных условия. Это и оговорила теория, сформулированная профессором Куродой. Теперь поиски природных реакторов в урановых месторождениях могли приобрести известную целенаправленность.

НЕ ТАМ, ГДЕ ИСКАЛИ

Поиски вели в США и в СССР. Американцы проводили точнейшие изотопные анализы урана, надеясь обнаружить хоть небольшое "выгорание" урана-235. К 1963 году Комиссия по атомной энергии США уже располагала сведениями об изотопном составе нескольких сотен урановых месторождений. Были изучены глубинные и поверхностные, древние и молодые, богатые и бедные месторождения урана. В семидесятых годах эти данные опубликовали. Следов цепной реакции найдено не было...

В СССР применили другой метод поисков природного ядерного реактора. Из каждых ста делений ядер урана-235 шесть приводят к образованию изотопов ксенона. Значит, при цепной реакции в урановых месторождениях должен накапливаться ксенон. Превышение концентрации ксенона (сверх 10 -15 г/г) и изменения его изотопного состава в урановой руде свидетельствовали бы о природном реакторе. Чувствительность советских масс-спектрометров позволяла обнаружить малейшие отклонения. Были исследованы многие "подозрительные" урановые месторождения - но ни в одном не обнаружилось признаков природных ядерных реакторов.

Получалось, что теоретическая возможность природной цепной реакции никогда не превратилась в действительность. К такому выводу пришли в 1970 г. А спустя всего два года французские специалисты совершенно случайно натолкнулись на природный ядерный реактор. Вот как это было.

В июне 1972 г. в одной из лабораторий Комиссариата по атомной энергии Франции готовили эталонный раствор природного урана. Измерили его изотопный состав: урана-235 оказалось 0,7171% вместо 0,7202%. Невелика разница! Но в лаборатории привыкли работать точно. Проверили результат - он повторился. Исследовали другой препарат урана - дефицит урана-235 еще больше! На протяжении следующих шести недель экстренно проанализировали еще 350 образцов и обнаружили, что из уранового месторождения Окло (Габон) во Францию доставляется урановая руда, обедненная раном-235.

Организовали расследование - оказалось, что за полтора года с рудника поступило 700 тонн обедненного урана, и общая недостача урана-235 в сырье, поступившем на атомные заводы Франции, составила 200 кг! Их, очевидно, использовала в качестве ядерного горючего сама природа...

Французские исследователи (Р. Бодю, М. Нелли и др.) срочно опубликовали сообщение, что ими обнаружен природный ядерный реактор. Затем во многих журналах были приведены результаты всестороннего изучения необычного месторождения Окло.

Феномену Окло были посвящены две международных научных конференции. Все сошлись в общем мнении: это действительно природный ядерный реактор, работавший в центре Африки сам по себе, когда и предков-то человека на Земле не было.

КАК ЖЕ ЭТО ПРОИЗОШЛО?

2 миллиарда 600 миллионов лет назад на территории нынешнего Габона и сопредельных с ним африканских государств образовалась огромная гранитная плита протяженностью во много десятков километров. (Эту дату, так же как и другие, о которых пойдет речь, определили с помощью радиоактивных часов - по накоплению аргона из калия, стронция - из рубидия, свинца - из урана.)

В течение последующих 500 миллионов лет эта глыба разрушалась, превращаясь в песок и глину. Они смывались реками и в виде осадков, насыщенных органическим веществом, слоями оседали в дельте древней громадной реки. За десятки миллионов лет толщи осадков настолько увеличились, что нижние слои оказались на глубине в несколько километров. Сквозь них просачивались подземные воды, в которых были растворены соли, в том числе немного солей уранила (ион UO 2 2+). В слоях, насыщенных органическим веществом, были условия для восстановления шестивалентного урана в четырехвалентный, который и выпадал в осадок. Постепенно много тысяч тонн урана осело в виде рудных "линз" размером в десятки метров. Содержание урана в руде достигло 30, 40, 50% и продолжало расти.

Изотопная концентрация урана-235 была тогда 4,1%. И в какой-то момент оказались соблюденными все четыре условия, необходимых для начала цепной реакции, о которых рассказано выше. И - природный реактор заработал. В сотни миллионов раз вырос поток нейтронов. Это привело не только к выгоранию урана-235, месторождение Окло оказалось скопищем многих изотопных аномалий.

Заодно с ураном-235 "выгорели" все легко взаимодействующие с нейтронами изотопы. Оказался в зоне реакции самарии - и лишился своего изотопа 149 Sm. Если в природной смеси изотопов самария его 14%, то на месте работы природного реактора - всего 0,2%. Такая же судьба постигла 151 Еu, 157 Gd и некоторые другие изотопы редкоземельных элементов.

Но и в природном ядерном реакторе действуют законы сохранения энергии и материи. Ничто не превращается в ничто. "Погибшие" атомы породили новые. Деление урана-235 - мы знаем это из физики - не что иное, как образование осколков разнообразных атомных ядер с массовыми числами от 70 до 170. Добрая треть таблицы элементов - от цинка до лютеция получается в результате деления ядер урана. В зоне цепной реакции обитают химические элементы с фантастически искаженным изотопным составом. У рутения из Окло, например, втрое больше, чем в природном рутении, ядер с массовым числом 99. В цирконии в пять раз вырастает содержание изотопа 96 Zr. "Сгоревший" 149Sm превратился в 150 Sm, и последнего в итоге в одной из проб оказалось в 1300 раз больше, чем должно было быть. Таким же путем в 100 раз возросла концентрация изотопов 152 Gd и 154 Gd.

Все эти изотопные аномалии интересны сами по себе, но они позволили многое узнать и о природном реакторе. Например, сколько времени он работал. Некоторые образовывавшиеся при работе природного реактора изотопы, естественно, были радиоактивными. Они не дожили до наших дней, распались. Но за то время, что радиоактивные изотопы находились в зоне реакции, часть из них вступила в реакцию с нейтронами. По количеству продуктов таких реакций и продуктов распада радиоактивных изотопов, зная дозу нейтронов, рассчитали длительность работы природного реактора. Оказалось, что он работал примерно 500 тысяч лет.

А дозу нейтронов узнали тоже по изотопам, по их выгоранию или накоплению; вероятность взаимодействия осколочных элементов с нейтронами известна достаточно точно. Дозы нейтронов в природном реакторе были весьма внушительными - около 10 21 нейтронов на квадратный сантиметр, то есть в тысячи раз больше, чем использующиеся в лабораториях при нейтронно-активационном химическом анализе. Каждый кубический сантиметр руды ежесекундно бомбардировали сто миллионов нейтронов!

По выгоранию изотопов подсчитали и энергию, выделенную в природном реакторе - 10 11 кВт·ч. Этой энергии хватило, чтобы температура месторождения Окло достигла 400-600°С. До ядерного взрыва, очевидно, было далеко, вразнос реактор не шел. Это, вероятно, объясняется тем, что природный реактор Окло был саморегулирующимся. Когда коэффициент размножения нейтронов приближался к единице, температура повышалась, и вода - замедлитель нейтронов - уходила из зоны реакции. Реактор останавливался, остывал, и вода снова насыщала руду - опять возобновлялась цепная реакция.

Все это продолжалось до тех пор, пока в руду свободно поступала вода. Но однажды водный режим изменился, и реактор остановился навсегда. За два миллиарда лет силы земных недр сдвинули, смяли, вздыбили под углом 45° пласты руды и вынесли их к поверхности. Природный реактор, словно замороженный в слое вечной мерзлоты мамонт, в своем первозданном виде предстал перед современными исследователями.

Впрочем, не совсем в первозданном. Некоторые изотопы, образованные при работе реактора, исчезли из зоны реакции. Например, барий, стронций и рубидий, найденные в месторождении Окло, оказались почти нормальными по изотопному составу. А ведь цепная реакция должна была вызвать громадные аномалии в составе этих элементов. Аномалии были, но и барий, и стронций, и тем более рубидий - химически активные и потому геохимически подвижные элементы. "Аномальные" изотопы вымывались из зоны реакции, а из окружающих пород на их место приходили нормальные.

Мигрировали также, хотя и не столь значительно, теллур, рутений, цирконий. Два миллиарда лет - срок большой даже для неодушевленной природы. А вот редкоземельные элементы - продукты деления урана-235 и особенно сам уран - оказались прочно законсервированными в зоне реакции.

Но что необъяснимо пока, так это причины уникальности месторождения Окло. В далеком прошлом природные ядерные реакторы в древних породах должны были возникать достаточно часто. Но их не находят. Может быть, они и возникали, но в силу каких-то причин самоуничтожались, взрывались, а месторождение Окло - единственное, чудом уцелевшее? Нет пока ответа на этот вопрос. Может быть, природные реакторы есть и еще где-то, и их стоит как следует поискать...

1 В старых справочниках состав уранинита выражается формулой UO 2 , но это идеализированная формула. На самом деле в уранините на каждый атом урана приходится от 2,17 до 2,92 атомов кислорода

Король А.Ю. - студент 121 класса СНИЯЭиП (Севастопольский национальный институт ядерной энергии и промышленности.)
Руководитель - к.т.н. , доцент кафедры ЯППУ СНИЯЭиП Вах И.В., ул. Репина 14 кв. 50

В Окло (урановый рудник в государстве Габон, вблизи экватора, западная Африка) 1900 миллионов лет назад работал природный ядерный реактор. Было выделено шесть "реакторных" зон, в каждой из которых обнаружены признаки протекания реакции деления. Остатки распадов актиноидов указывают на то, что реактор работал в режиме медленного кипения на протяжении сотен тысяч лет.

В мае - июне 1972 года при рядовых измерениях физических параметров партии природного урана поступившего на обогатительную фабрику французского города Пьерлате из африканского месторождения Окло (урановый рудник в Габоне, государстве, расположенном вблизи экватора в Западной Африке) обнаружилось, что изотопа U - 235 в поступившем природном уране меньше стандартного. Было обнаружено, что в уране содержится 0,7171% U - 235. Нормальное значение для природного урана 0,7202%
U - 235. Во всех урановых минералах, во всех горных породах и природных водах Земли, а также в лунных образцах это соотношение выполняется. Месторождение в Окло пока единственный, зарегистрированный в природе случай, когда это постоянство было нарушено. Разница была незначительная - всего лишь 0,003%, но тем не менее она привлекла внимание технологов. Возникло подозрение, что имела место диверсия или похищение делящегося материала, т.е. U - 235. Однако оказалось, что отклонение в содержание U-235 прослеживалось вплоть до источника урановой руды. Там в некоторых пробах было обнаружено менее 0,44% U-235.пробы брали повсюду по руднику и показали систематическое уменьшение содержания U-235 поперёк некоторых жил. Эти рудные жилы имели толщину более 0,5 метров.
Предположение, что U-235 "выгорел", как это бывает в топках ядерных электростанций, поначалу прозвучало как шутка, хотя для того имелись серьёзные основания. Расчёты показали, что если массовая доля грунтовых вод в пласте составляет около 6% и если природный уран обогащён до 3% U-235, то при этих условиях может начать работать природный ядерный реактор.
Поскольку рудник находится в тропической зоне и довольно близко к поверхности, то существование достаточного количества грунтовых вод весьма вероятно. Соотношение изотопов урана в руде было не обычным. U-235 и U-238 - радиоактивные изотопы с различными периодами полураспада. U-235 имеет период полураспада 700 млн. лет, а U-238 распадается с периодом полураспада в 4,5 млрд. Изотопное содержание U-235 находится в природе в процессе медленного изменения. Например, 400 млн. лет назад в природном уране должен был быть 1% U-235, 1900 млн. лет назад его было 3%, т.е. необходимое количество для "критичности" жилы урановой руды. Считается, что именно тогда реактор Окло находился в состоянии работы. Было выделено шесть "реакторных" зон, в каждой из которых обнаружены признаки протекания реакции деления. Например, торий от распада U-236 и висмут от распада U-237 были обнаружены только в реакторных зонах в месторождении Окло. Остатки от распада актиноидов указывают на то, что реактор работал в режиме медленного кипения на протяжении сотен тысяч лет. Реакторы были саморегулирующимися, так как чересчур большая мощность привела бы к полному выкипанию воды и к остановке реактора.
Как же природе удалось создать условия для цепной ядерной реакции? Сначала в дельте древней реки образовался богатый урановый рудой слой песчаника, который покоился на крепком базальтовом ложе. После очередного землетрясения обычного в то буйное время базальтовый фундамент будущего реактора опустился на несколько километров, потянув за собой урановую жилу. Жила растрескалась, в трещины проникла грунтовая вода. Затем очередной катаклизм поднял всю "установку" до современного уровня. В ядерных топках АЭС топливо располагается компактными массами внутри замедлителя гетерогенный реактор. Так получилось и в Окло. Замедлителем служила вода. В руде появились глинистые "линзы", где концентрация от природного урана от обычных 0,5% повысилась до 40%. Как образовались эти компактные глыбы урана, точно не установлено. Возможно их создали фильтрационные воды, которые уносили глину и сплачивали уран в единую массу. Как только масса и толщина слоёв, обогащённых ураном, достигла критических размеров, в них возникла цепная реакция, и установка начала работать. В результате работы реактора образовалось около 6 тонн продуктов деления и 2,5 тонны плутония. Большинство радиоактивных отходов осталось внутри кристаллической структуры минерала уранита, который обнаружен в теле руд Окло. Элементы, которые не смогли проникнуть сквозь решётку уранита из-за слишком большого или слишком маленького ионного радиуса, диффундируют или выщелачиваются. В течении 1900 млн. лет, прошедших со времён работы реакторов в Окло, по крайней мере половина из более чем тридцати продуктов деления оказались связанные в руде, несмотря на обилие грунтовых вод в этом месторождении. Связанные продукты деления включают в себя элементы: La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Y, Zr, Ru, Rh, Pd, Ni, Ag. Была обнаружена некоторая частичная миграция Pb, а миграция Pu была ограничена расстоянием меньше 10 метров. Только металлы с валентностью 1 или 2, т.е. те, которые обладают высокой растворимостью в воде, были унесены. Как и предполагалось, на месте почти не осталось Pb, Cs, Ba и Cd. Изотопы этих элементов имеют относительно короткие периоды полураспада десятки лет или меньше, так что они распадаются до нерадиоактивного состояния прежде, чем смогут далеко мигрировать в почве. Наибольший интерес с точки зрения долговременных проблем защиты окружающей среды представляют вопросы миграции плутония. Этот нуклид эффективно связан на срок почти 2 млн. лет. Так как плутоний к настоящему времени почти полностью распадается до U-235, то о его стабильности свидетельствует отсутствие избытка U-235 не только снаружи реакторной зоны, но также вне зёрен уранита, где образовывался плутоний во время работы реактора.
Существовал этот уникум природы около 600 тысяч лет и выработал примерно 13000000 кВт. час энергии. Его средняя мощность всего 25 кВт: в 200 раз меньше, чем у первой в мире АЭС, давшей в 1954 году электроэнергию подмосковному городу Обнинску. Но энергия природного реактора не расходовалась впустую: по некоторым гипотезам именно распад радиоактивных элементов снабжал энергией разогревающуюся Землю.
Возможно, сюда приплюсовывалась и энергия аналогичных ядерных реакторов. Сколько их скрыто под землёй? И реактор в то Окло в то стародавнее время, безусловно, был не исключением. Существуют гипотезы, что работа таких реакторов "подстегнула" развитие на земле живых существ, что зарождение жизни связано с влиянием радиоактивности. Данные свидетельствуют о более высокой степени эволюции органической материи по мере приближения к реактору Окло. Он вполне мог оказывать влияние на частоту мутаций одноклеточных, попадавших в зону повышенного уровня радиации, что и привело к появлению предков человека. Во всяком случае жизнь на Земле возникла и прошла долгий путь эволюции на уровне естественного фона радиации, которая стала необходимым элементом развития биологических систем.
Создание атомного реактора - новшество, которым гордится человек. Оказывается его создание давно записано в патентах природы. Сконструировав ядерный реактор, шедевр научно - технической мысли, человек, по сути дела, оказался имитатором природы, много миллионов лет тому назад создавшей установки подобного рода.