Wenn Sie eine Frage stellen — Als der erste Kernreaktor auf der Erde erschien, würden die meisten Menschen bei Wikipedia antworten, dass er im Dezember 1942 in Betrieb genommen wurde. Einerseits stimmt das, aber nur, wenn es sich um einen von Menschenhand geschaffenen Reaktor handelt. Allerdings wissen nur wenige Menschen, dass es auf unserem Planeten seit 1,8 Milliarden Jahren einen natürlichen Kernreaktor gibt, in dem seit Tausenden von Jahren eine spontane Kettenreaktion der Spaltung von Urankernen abläuft. Derzeit ist es nicht mehr betriebsbereit, da ihm der „Kernbrennstoff“ ausgegangen ist. Das Interessanteste ist, dass der Reaktor Anfang der 70er Jahre in Gabun in Afrika entdeckt wurde, Wissenschaftler seine Existenz jedoch bereits Mitte der 50er Jahre vorhergesagt haben.
In Afrika gibt es einen alten Kernreaktor, der fast 2 Milliarden Jahre alt ist. Fotoquelle: tech.onliner.by
Inhalt
- 1 Was ist ein natürlicher Kernreaktor
- 2 Wie funktioniert ein Arbeitsreaktor eines natürlichen Kernreaktors
- 3 Natürlicher Kernreaktor in Okolo
- 4 Warum natürliche Kernreaktoren nie wieder auf der Erde auftauchen werden
Was ist ein natürlicher Kernreaktor
Ein natürlicher Kernreaktor ist eine Uranlagerstätte, in der eine Kettenreaktion der Kernspaltung auf natürliche Weise, also ohne menschliches Eingreifen, abläuft. In solchen Reaktoren kann natürliches Uranerz, das mit Wasser gesättigt ist und geeignete Eigenschaften aufweist, Kernreaktionen starten und über einen langen Zeitraum aufrechterhalten, wie dies in künstlich geschaffenen Reaktoren der Fall ist.
Im Jahr 1956, also lange vor der Entdeckung eines natürlichen Kernreaktors in Afrika, beschrieb der japanisch-amerikanische Chemiker und Kernphysiker Pavel Kazuo Kuroda die Bedingungen, unter denen eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion auf der Erde möglich ist. Wie sich später herausstellte, entsprachen die von ihm präsentierten Daten der Realität.
Die Kernreaktion fand in Minen mit hohem Urangehalt statt. Fotoquelle: dzen.ru
Wie ein natürlicher Kernreaktor funktioniert
Ein natürlicher Spaltreaktor funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie künstliche Reaktoren – Uran-235-Kerne, wenn sie Neutronen ausgesetzt werden, Spaltung, Freisetzung von Wärme und Freisetzung zusätzlicher Neutronen. Diese Neutronen treffen auf andere Uranatome und verursachen eine weitere Spaltung. Dadurch bleibt die Kettenreaktion erhalten.
Im einzigen bekannten natürlichen Kernreaktor galt Wasser als Schlüsselelement, das die Rolle eines Neutronenmoderators spielte. Wenn sich Wasser in der Nähe des Erzes befand, war die Reaktion aktiv. Als das Wasser aufgrund der erzeugten Wärme verdampfte, verlangsamte sich die Reaktion oder stoppte. Nach dem Abkühlen und der Rückkehr des Wassers wurde die Reaktion wieder aufgenommen und bildete einen sich wiederholenden Zyklus.
Natürlicher Kernreaktor in Oklo
Der weltweit einzige bekannte natürliche Kernspaltungsreaktor befindet sich in der Oklo-Lagerstätte. Vor etwa 1,7–1,8 Milliarden Jahren fand an diesem Ort eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion statt, die, wie oben erwähnt, Hunderttausende von Jahren andauerte.
Ein Standort in der Nähe der Stadt Oklo, an dem Wissenschaftler 16 natürliche Kernreaktoren entdeckten . Fotoquelle: dzen.ru
Die Gesteine der Oklo-Lagerstätte enthalten eigenartig große Uraninit-Formationen, also ein Mineral mit hohem Urangehalt. Diese Bereiche lagen in porösem Sandstein. Ihr Durchmesser betrug etwa 10 Meter und die Dicke der Schicht lag zwischen 20 und 90 Zentimetern. Das Uran in diesen Gesteinen machte 20 bis 80 % der Gesamtmasse aus. Dies ist eine für die natürliche Umwelt sehr hohe Konzentration, die den Beginn einer Spaltungskettenreaktion ermöglichte.
Wissenschaftler fanden durch die Untersuchung von Isotopen heraus, dass am Minenstandort eine Spaltung von Uran-235 stattfand. Abgereichertes Uran sowie der Gehalt einiger Elemente aus der Mitte des Periodensystems deuteten in der Vergangenheit deutlich auf diesen Prozess hin.
Insgesamt konnten Wissenschaftler 16 solcher natürlichen Reaktoren identifizieren, die sich in drei Gebieten befinden – in Oklo selbst, daneben in der Okelobondo-Zone (1,6 km) und im Bangombe-Feld (20 km südlich von Oklo). Alle diese alten Zentren der natürlichen Kettenreaktion erhielten einen gemeinsamen Namen – „Oklo Natural Nuclear Reactor“, da sie in einem Gebiet konzentriert sind.
Eine Probe verbrauchten Kernerzes aus einem natürlichen Reaktor. Fotoquelle: tech.onliner.by
Untersuchungen haben auch gezeigt, dass die thermische Leistung eines natürlichen Reaktors höchstwahrscheinlich nie 100 kW in 2,5 Stunden übersteigt. Das heißt, er war nicht so leistungsstark wie moderne Reaktoren, die in Kernkraftwerken eingesetzt werden. Sogar Minireaktoren haben eine höhere Leistung.
Warum natürliche Kernreaktoren nie wieder auf der Erde erscheinen werden
Vor zwei Milliarden Jahren waren die natürlichen Konzentrationen von Uran-235 (dem Isotop, das am stärksten an Spaltreaktionen beteiligt ist) höher als heute. Dies trug dazu bei, die Kettenreaktion in Gang zu setzen. Derzeit sind natürliche Kettenreaktionen nicht möglich, da der Uran-235-Gehalt des natürlichen radioaktiven Urans zu gering ist. Dieses Isotop zerfällt mit der Zeit auf natürliche Weise.
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Zum Beispiel erreichte die Konzentration von Uran-235 vor etwa zwei Milliarden Jahren 3,7 %, vor drei Milliarden Jahren 8,4 % und vor vier Milliarden Jahren sogar 19,2 %. Das letzte Mal, dass natürliche Kernreaktoren auf der Erde existierten, war vor etwa einer Milliarde Jahren.
Abschließend stellen wir fest, dass die Entdeckung des Oklo-Reaktors ein wichtiges Ereignis war, das zeigte, dass die Natur in der Lage ist, komplexe Kernreaktoren zu erzeugen Prozesse. Der Reaktor hilft Wissenschaftlern, das Verhalten von Kernreaktionen besser zu verstehen und das Verhalten von Spaltprodukten und einigen anderen mit Kernreaktionen verbundenen Prozessen zu untersuchen.