Реактор природного ядерного деления Габона, Западная Африка
Sherilyn Boyd | Редактор | E-mail
Видео: Реактор природного ядерного деления Габона, Западная Африка
2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последнее изменение: 2023-12-16 09:37
Чтобы понять, как появился природный ядерный реактор, он помогает понять немного истории и науки о ядерных реакциях.
Ядерные реакции в двух словах
По данным Международной комиссии по атомной энергии (МАГАТЭ), в более чем 30 странах работает более 400 атомных электростанций; и, несмотря на недавние катастрофические сбои безопасности, такие как трагедия в Фукусиме Дайити в 2011 году, в настоящее время строятся около 70 новых атомных электростанций. Так почему мы продолжаем строить такие потенциально опасные объекты? Сила, которая, несмотря на такие катастрофы, как Чернобыль и Фукусима, мегаватта для мегаватта, на самом деле, в целом, считается более безопасной и «зеленой», чем энергия, вырабатываемая углем или газом.
Этот тип ядерной энергии создается, когда изотоп, часто уран 235 (U-235), бомбардируется нейтроном. Столкновение обычно разрушает изотоп на две части, каждая из которых содержит половину нейтронов и протонов исходного атома, в процессе, называемом ядерным делением. Во время реакции небольшое количество массы теряется, что является следствием того, что крошечный кусок материи превращается в относительно большой объем энергии.
В типичном реакторе собрано множество U-235, а затем бомбардируется нейтронами; в каждом столкновении между U-235 и нейтроном, еще два нейтроны производятся вместе с выделением энергии. Пока есть достаточное количество изотопов U-235, эти дополнительные нейтроны вызовут дополнительные реакции. Реакции растут экспоненциально в процессе, называемом цепной реакцией, которая производит еще больше энергии. Атомные электростанции используют энергию этих контролируемых цепных реакций и превращают ее в электричество, которое питает такие вещи, как этот MacBook Air, на котором я пишу.
Уран-235
Уран - один из самых тяжелых элементов с атомным весом 238,03. В этой статье только три изотопа его естественным образом найдены в земной коре; U-238, что составляет 99,3% всего урана, U-235, который содержит большую часть оставшихся 0,7% и U-234, который присутствует только в бесконечно малом количестве. U-238 обладает лишь мягкой реакционной способностью и не создает хорошего расщепляющегося материала. U-235, однако, выдающийся, будучи разбитым и производя много энергии.
Когда он выходит из-под земли, урановая руда состоит из трех изотопов в их относительных пропорциях. Для того, чтобы быть делящимся, доля U-235 в руде должна быть увеличена с 0,7% до 5% от всего. Этот процесс известен как обогащение урана. В типичном сценарии обогащения уран превращается в газ, гексафторид урана (UF-6) и газ разделяется по весу (помните, U-234 и U-235 легче U-238). Разделение позволяет удалить достаточно тяжелый уран, а оставшееся вещество в конечном итоге имеет подходящую концентрацию U-235 для деления.
Габонский ядерный реактор
Вы можете спросить: «Если урановая руда непригодна для ядерных реакций без сложного, искусственного процесса обогащения, как естественный процесс начался почти два миллиарда лет назад?» Хороший вопрос, и ответ не «инопланетяне».
U-235 имеет значительно более короткий период полураспада, чем U-238, поэтому в далеком прошлом он должен был быть гораздо более обильным и в больших концентрациях, чем сегодня. Ученый Павел К. Курода предложил в 1956 году, что эта обогащенная U-235 руда при правильных условиях будет поддерживать ядерное деление и цепные реакции, которые образуют естественные ядерные реакторы.
Существует две теории о том, как работал Габонский реактор, хотя оба они предполагают цикл цепной реакции, прекращения, охлаждения, повторения, в течение нескольких тысяч лет, до тех пор, пока расщепляющийся материал не будет исчерпан.
Одна из теорий предполагает, что уран был покрыт подземными водами, которые замедляли нейтроны и обеспечивали среду, которая поддерживала цепную реакцию. Выработанная энергия в конечном итоге нагревала грунтовые воды до кипения, и она испарилась. Когда грунтовые воды исчезли, реакция прекратилась. В конце концов, вода просачивалась обратно в урановую пещеру, и процесс повторялся до тех пор, пока концентрации не были слишком низкими для поддержки дальнейших реакций.
Вторая теория, которая не совсем воспринята, предложила, чтобы в горящем реакторе были выпущены некоторые редкоземельные элементы, такие как самарий, гадолиний и диспрозий, которые поглощали нейтроны и останавливали цепную реакцию на какое-то время или в определенных местах только для того, чтобы он снова появляется рядом.
Детали первой теории были представлены в Space Daily в 2004 году:
Это сходство (с гейзером) предполагает, что через полчаса после начала цепной реакции неограниченная вода превратилась в пар, уменьшив поток тепловых нейтронов и сделав реактор субкритическим.
Потребовалось не менее двух с половиной часов, чтобы реактор остыл до тех пор, пока деление Xe (ксенон) не начнет сохраняться.Затем вода возвращалась в зону реактора, обеспечивая нейтронизацию и снова устанавливая самоподдерживающуюся цепь.
Доказательство реактора осколочного деления Окло
Итак, как мы знаем, что это когда-либо происходило? Некоторые причины.
Во-первых, в ходе начального французского расследования в 1972 году было обнаружено, что концентрация U-235 с сайта значительно ниже, чем обычно наблюдается в природе; Фактически, концентрации из образцов Окло были аналогичны тем, которые были найдены в отработавшем ядерном топливе.
Во-вторых, французы также обнаружили расхождения в других изотопах с сайта, включая неодим и рутений, оба из которых согласуются с делением U-235.
В-третьих, в исследовании, проведенном в 2004 году, ученые из Вашингтонского университета, исследовавшие сайт, обнаружили повышенные количества циркония, церия и стронция, которые были получены путем ядерного деления.
В-четвертых, американские ученые также определили, что на месторождениях Окло были обнаружены самые большие концентрации генерируемого делением ксенона и криптона.
Уроки реактора Oklo
Одним из удивительных открытий из Окло является то, что, в отличие от наших реакторов деления, которые производят значительные токсичные отходы, которые никто не хочет хранить (думаю, горная хребет Юкка), мать-природа благополучно избавилась от нее. Согласно исследователям Wash U, природный реактор безопасно захватывал свои токсичные отходы (Xe и Kr-85) в химическом соединении, алюмофосфат:
Удивительно думать, что естественная ядерная реакция может достичь критических условий и что она также способна хранить свои собственные отходы.
В заключение отметим, что обнадеживает тот факт, что естественный U-235 сегодня не существует в концентрациях, необходимых для запуска или поддержания современного ядерного реактора. Поэтому, хотя когда-нибудь нам, возможно, придется жить через другой Чернобыль, по крайней мере, мы знаем, что мы сами виноваты. üòâ
Бонусные факты:
- Три острова Майл, авария на атомной электростанции вблизи Миддлтон, штат Пенсильвания, является самой серьезной аварии на электростанциях в истории США. Это не приводило к смерти и травмам рабочих растений или близлежащих общин. Он по-прежнему оценивался на уровне 5 на INES, хотя он действительно должен был быть оценен только на уровне 2.
- Если вы расположились лагерем на заводе на острове Три Майл во время аварии, которая произошла там в 1979 году, вы получили только дополнительные 80 миллиретов воздействия во время аварии. Для справки, если у вас когда-либо был ваш рентгеновский снимок позвоночника, вы получили примерно вдвое больше, чем за несколько секунд рентгеновского снимка. Если вы были в десяти милях от реактора во время аварии, вы получили около 8 миллиремов или примерно эквивалентное ионизирующее излучение, содержащее 800 бананов, которые, естественно, являются радиоактивными. Известных случаев смерти / рака / нет. что произошло в результате аварии на трех милях.
- Общественная реакция на остров Три Майлда была чрезвычайно завышена из-за того, что оправдано реальным событием. Во многом это было связано с дезинформацией в прессе; непонимание ионизирующего излучения среди широкой общественности; и тот факт, что за 12 дней до этого фильм Китайский синдром был выпущен. Сюжет фильма заключался в том, как небезопасные ядерные реакторы были и почти все в фильме, но один из главных героев пытался его скрыть. Китайский синдром концепция названия фильма исходит из того, что если ядерное ядерное ядерное реакторное судно будет расплавляться, оно будет таять через центр Земли в Китай. Обход факта, что на самом деле это Индийский океан, который находится на противоположной стороне Земли от США, а не от Китая, и очевидные проблемы с предпосылкой «Земля по земле», она не могла быть лучше приуроченный к фильму, что касается бесплатной рекламы через прессу из-за инцидента с тремя милями. Фильм был номинирован на несколько академических наград, в том числе лучшая актриса Джейн Фонда.
- Удивительно, но если бы мы действительно смогли полностью конвертировать вещество в энергию с полностью уничтоженным 1 кг материи, энергия, получаемая из этого небольшого количества вещества, составляет около 42,95 мегатонн тротила. Таким образом, взрослый мужчина, весом около 200 фунтов, имеет где-то около 4000 мегатонн ТНТ-потенциала в своем веществе, если он полностью уничтожен.
- Это примерно в 80 раз больше энергии, чем было произведено крупнейшей в мире взрывоопасной ядерной бомбой - Царем Бомба, которая сама произвела взрыв примерно в 1400 раз мощнее, чем комбинированные взрывы бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки.
-
Чтобы дополнительно проиллюстрировать, 1 мегатонна тротила, когда она превращается в киловатт-часы, производит достаточное количество электроэнергии для питания среднего американского дома в течение примерно 100 000 лет. Этого также достаточно, чтобы привести в действие все Соединенные Штаты в течение чуть более 3 дней. Таким образом, 1 кг какого-либо вещества, полностью уничтоженного, сможет управлять Соединенными Штатами в течение четырех месяцев. Один средний взрослый мужчина, тогда, когда полностью уничтожен, будет производить достаточную энергию для питания США в течение примерно 30 лет. Решен энергетический кризис.
- В совершенно непонятной шкале типичный взрыв сверхновой будет выделять около 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 мегатонн ТНТ. * коровы в углу *