[Научно-популярное, Энергия и элементы питания, Физика] Природный ядерный реактор (перевод)
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286
Перенеситесь мыслями в 1956 год: уже 10 лет молчаливо бушует Холодная война, а по радио крутят Элвиса Пресли и его «Blue Suede Shoes». Каждая крупная мировая держава хочет заполучить хотя бы какое-то количество Урана 235, чтобы войти в число ядерных государств. К счастью для Франции, регион Окло в африканской стране Габон, над которой она имела власть как метрополия, оказался богат урановой рудой. Однако, добытый в Окло Уран был очень странным: он выглядел так, словно уже побывал в реакторе! «Неужели кто-то опередил их и использовал их Уран?!» Нет, на самом деле, они нашли одну из самых уникальных геологических структур, обнаруженных когда-либо, — ядерный реактор природного происхождения возрастом в два миллиарда лет. Существует несколько различных типов урана, также известных как изотопы, но тот, который необходим для ядерных реакторов и бомб, — это Уран 235 (²³⁵U). Период полураспада этого изотопа составляет 700 миллионов лет, что означает, что каждые 700 миллионов лет половина ²³⁵U естественным образом радиоактивно распадается на торий 231. Но, стоит только пощекотать ²³⁵U медленно движущимся нейтроном, и это заставит его мгновенно распасться и вызовет цепную ядерную реакцию, также известную как реакция деления. Именно это и делает ²³⁵U таким особенным.К счастью, существует много естественных источников происхождения нейтронного излучения, которое запускает эту реакцию, но такие нейтроны движутся слишком быстро, чтобы взаимодействовать с атомом ²³⁵U, а значит, должны быть замедлены извне. При помещении ²³⁵U в контрольный материал, такой как вода, нейтроны замедляются достаточно, чтобы быть поглощенными ²³⁵U. Так он превращается в новый изотоп, называемый ²³⁶U. Данный изотоп очень нестабилен и быстро распадается на барий 141 (¹⁴¹B), криптон 92 (⁹²Kr) и три нейтрона высокой энергии. Как только эти нейтроны замедлятся, произойдет распад еще трех атомов ²³⁵U и так далее, что вызовет стремительную экспоненциальную цепную реакцию ядерного деления.
Данная цепная реакция и есть то, что приводит в действие атомные электростанции и бомбы, простой «эффект домино» радиации. Но так же, как и при углеродном анализе, долю ²³⁵U, которая должна быть в урановой руде, можно рассчитать, если вы знаете, как давно образовался Уран. Например, если возраст руды составляет 700 миллионов лет, можно предположить, что там будет вдвое меньше ²³⁵U по сравнению с тем, когда он образовался.Весь Уран, который есть на Земле, образовался в тот же момент, когда Звезда, предшествовавшая Солнцу, стала сверхновой, т.е. около шести миллиардов лет назад. Благодаря этому, Уран может быть использован для оценки возраста галактики. Это означает, что вся урановая руда на Земле в настоящее время должна иметь концентрацию ²³⁵U 0,72%. Но французские ученые в действительности обнаружили 0,717%. 
Разница может показаться незначительной, однако в Окло было огромное количество урана! А значит, около 200 кг ²³⁵U просто исчезли прямо из-под носа — такого количества достаточно, чтобы создать шесть атомных бомб! Как можно вообразить, удивлению не было предела. Международная политическая ситуация в то время была сосредоточена вокруг ²³⁵U, поскольку Советы и Соединенные Штаты наращивали свои ядерные запасы. А небольшие страны, такие как Франция и Соединенное Королевство, были вынуждены создать свое собственное ядерное оружие, чтобы сдерживать мировые державы. Французы же были обеспокоены тем, что их уран украли, что могло вызвать грандиозное международное недовольство, в зависимости от того, кому он достался.Однако, при более детальном анализе, в урановой руде обнаружили огромное количество побочных продуктов распада 235U, как, например, 92Kr, 141B и их дочерние частицы (и 92Kr, и 141B сами по себе радиоактивны и распадаются). Это наводило на мысль, что найденный ²³⁵U уже бывал в реакторе, а затем был помещен обратно в землю…Но это лишено всякого смысла!На самом деле, гипотезу о существовании геологического образования, которое действует как естественно регулируемый ядерный реактор, выдвинули за много лет до того, как была начата работа по созданию шахты в Окло. После еще нескольких обследований местности выяснилось, что данный регион соответствует всем критериям формирования природного ядерного реактора. Так впервые и обнаружили ядерный реактор естественного происхождения. Итак, как работает природный реактор? И как он «умудрился» не достичь критичности и не взорваться?Реактор был активен давным-давно, около двух миллиардов лет назад, в палеопротерозойскую эру. Многоклеточная жизнь на тот момент только успела зародиться. Было это настолько давно, что концентрация ²³⁵U составляла около 3%, что соответствует концентрации ядерного материала в современных реакторах.Существует только одна проблема: без контроля за замедлением нейтронов критичность не может быть достигнута, а значит, цепная реакция не запуститься. Это происходит потому, что нейтроны от естественного распада ²³⁵U просто пролетают мимо других атомов ²³⁵U. Появляется нужда в чем-то, что замедлит нейтроны, чтобы они могли прикрепиться к ²³⁵U и запустить цепную реакцию, в результате чего реактор выйдет в критическое состояние. И всё же, в Окло действительно имелся нейтронный контроль в виде уровня грунтовых вод. Урановая руда была погружена в подземный водный путь, который постоянно протекал через реактор. Эта вода замедляла нейтроны, заставляя руду переходить в состояние критичности и обеспечивать непрерывную цепную реакцию.Если бы вода просто оставалась в реакторе, реакция бы усиливалась и становилась сверхкритической! Именно благодаря воде происходит цепная реакция, и все больше и больше Урана расщепляется с экспоненциальной скоростью. Так же и с атомной бомбой!Но Окло так и не перешел в сверхкритическое состояние, так как вода не только запускала цепную реакцию, но и могла ее остановить, эффективно регулируя ядерный процесс.
На рисунке выше реактор в Окло изображен в поперечном сечении. Когда вода проходит через реактор, она замедляет нейтроны, заставляя вещества становиться критическими и нагреваться. Затем примерно через полчаса вода становится очень горячей и выкипает, не оставляя реактору шанса замедлить нейтроны — реакция останавливается. Когда реактор охлаждается и вода снова начинает течь через него, реакция запускается снова. И реактор в Окло оставался таким в течение сотен тысяч лет, пока концентрация ²³⁵U не стала слишком низкой, чтобы достичь состояния критичности. Таким образом, из-за такого водного контроля в Окло не произошло ядерного расплава или взрыва. Но реактору удалось высвободить удивительное количество энергии. В среднем его мощность составляла 100 кВт тепловой энергии. Это примерно столько же, сколько у 1000 лампочек накаливания, или немного больше мощности, чем у Delorean на полном газу. И это в течение несколько сотен тысяч лет! 
Все это демонстрирует, что природа гораздо более удивительна, чем мы в состоянии вообразить. И теперь, когда нам известно о существовании таких феноменов, только представьте, что в других местах Вселенной могут быть на столько же причудливые геологические явления. Несложно представить себе далекую планету с собственным ядерным реактором природного происхождения с гидротермальными структурами, по функционалу схожими с вентиляциями. В подобных структурах могла бы существовать примитивная радиационно-устойчивая бактериоподобная жизнь, которая живет за счет богатой минералами нагретой воды, извергаемой из реактора. Представьте себе это — бактерии, живущие за счет атомной энергии!Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.
===========
Источник:
habr.com
===========
===========
Автор оригинала: Will Lockett
===========Похожие новости:
- [Карьера в IT-индустрии, Научно-популярное, Социальные сети и сообщества] Пользователи LinkedIn «за 50» получают меньше откликов, но аватар помоложе исправляет ситуацию
- [Научно-популярное, Мозг] Учить новый язык эффективнее, если писать на нём от руки
- [Научно-популярное, Биология] Из одноклеточных в многоклеточные: ученые продемонстрировали эволюцию в реальном времени
- [Научно-популярное, Физика, Инженерные системы] Реконструкция римской производственной инженерии (перевод)
- [Физика, DIY или Сделай сам, Транспорт] Изобретатель представил крыло, которое меняет длину в полете
- [Читальный зал, Научно-популярное] Конспект брошюры «Как правильно читать книги?»
- [Читальный зал, Научно-популярное] Теодор Рузвельт: самый необычный президент в истории США (перевод)
- [Научно-популярное, Космонавтика, DIY или Сделай сам, Будущее здесь] Проект Лунного микроспутника готов! Что дальше?
- [Научно-популярное, Искусственный интеллект] Ученые используют искусственный интеллект для обнаружения гравитационных волн
- [Научно-популярное, Биотехнологии, Здоровье, Биология] О чем вы много думали, но боялись узнать #2 — мРНК вакцина, выработка иммунитета, S-белок
Теги для поиска: #_nauchnopopuljarnoe (Научно-популярное), #_energija_i_elementy_pitanija (Энергия и элементы питания), #_fizika (Физика), #_jadernyj_reaktor (ядерный реактор), #_oklo (Окло), #_energetika (энергетика), #_uran (уран), #_prirodnyj (природный), #_radiatsija (радиация), #_blog_kompanii_itsoft (
Блог компании ITSOFT
), #_nauchnopopuljarnoe (
Научно-популярное
), #_energija_i_elementy_pitanija (
Энергия и элементы питания
), #_fizika (
Физика
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 10:50
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев |
|
 Перенеситесь мыслями в 1956 год: уже 10 лет молчаливо бушует Холодная война, а по радио крутят Элвиса Пресли и его «Blue Suede Shoes». Каждая крупная мировая держава хочет заполучить хотя бы какое-то количество Урана 235, чтобы войти в число ядерных государств. К счастью для Франции, регион Окло в африканской стране Габон, над которой она имела власть как метрополия, оказался богат урановой рудой. Однако, добытый в Окло Уран был очень странным: он выглядел так, словно уже побывал в реакторе! «Неужели кто-то опередил их и использовал их Уран?!» Нет, на самом деле, они нашли одну из самых уникальных геологических структур, обнаруженных когда-либо, — ядерный реактор природного происхождения возрастом в два миллиарда лет. Существует несколько различных типов урана, также известных как изотопы, но тот, который необходим для ядерных реакторов и бомб, — это Уран 235 (²³⁵U). Период полураспада этого изотопа составляет 700 миллионов лет, что означает, что каждые 700 миллионов лет половина ²³⁵U естественным образом радиоактивно распадается на торий 231. Но, стоит только пощекотать ²³⁵U медленно движущимся нейтроном, и это заставит его мгновенно распасться и вызовет цепную ядерную реакцию, также известную как реакция деления. Именно это и делает ²³⁵U таким особенным.К счастью, существует много естественных источников происхождения нейтронного излучения, которое запускает эту реакцию, но такие нейтроны движутся слишком быстро, чтобы взаимодействовать с атомом ²³⁵U, а значит, должны быть замедлены извне. При помещении ²³⁵U в контрольный материал, такой как вода, нейтроны замедляются достаточно, чтобы быть поглощенными ²³⁵U. Так он превращается в новый изотоп, называемый ²³⁶U. Данный изотоп очень нестабилен и быстро распадается на барий 141 (¹⁴¹B), криптон 92 (⁹²Kr) и три нейтрона высокой энергии. Как только эти нейтроны замедлятся, произойдет распад еще трех атомов ²³⁵U и так далее, что вызовет стремительную экспоненциальную цепную реакцию ядерного деления.  Данная цепная реакция и есть то, что приводит в действие атомные электростанции и бомбы, простой «эффект домино» радиации. Но так же, как и при углеродном анализе, долю ²³⁵U, которая должна быть в урановой руде, можно рассчитать, если вы знаете, как давно образовался Уран. Например, если возраст руды составляет 700 миллионов лет, можно предположить, что там будет вдвое меньше ²³⁵U по сравнению с тем, когда он образовался.Весь Уран, который есть на Земле, образовался в тот же момент, когда Звезда, предшествовавшая Солнцу, стала сверхновой, т.е. около шести миллиардов лет назад. Благодаря этому, Уран может быть использован для оценки возраста галактики. Это означает, что вся урановая руда на Земле в настоящее время должна иметь концентрацию ²³⁵U 0,72%. Но французские ученые в действительности обнаружили 0,717%.  Разница может показаться незначительной, однако в Окло было огромное количество урана! А значит, около 200 кг ²³⁵U просто исчезли прямо из-под носа — такого количества достаточно, чтобы создать шесть атомных бомб! Как можно вообразить, удивлению не было предела. Международная политическая ситуация в то время была сосредоточена вокруг ²³⁵U, поскольку Советы и Соединенные Штаты наращивали свои ядерные запасы. А небольшие страны, такие как Франция и Соединенное Королевство, были вынуждены создать свое собственное ядерное оружие, чтобы сдерживать мировые державы. Французы же были обеспокоены тем, что их уран украли, что могло вызвать грандиозное международное недовольство, в зависимости от того, кому он достался.Однако, при более детальном анализе, в урановой руде обнаружили огромное количество побочных продуктов распада 235U, как, например, 92Kr, 141B и их дочерние частицы (и 92Kr, и 141B сами по себе радиоактивны и распадаются). Это наводило на мысль, что найденный ²³⁵U уже бывал в реакторе, а затем был помещен обратно в землю…Но это лишено всякого смысла!На самом деле, гипотезу о существовании геологического образования, которое действует как естественно регулируемый ядерный реактор, выдвинули за много лет до того, как была начата работа по созданию шахты в Окло. После еще нескольких обследований местности выяснилось, что данный регион соответствует всем критериям формирования природного ядерного реактора. Так впервые и обнаружили ядерный реактор естественного происхождения. Итак, как работает природный реактор? И как он «умудрился» не достичь критичности и не взорваться?Реактор был активен давным-давно, около двух миллиардов лет назад, в палеопротерозойскую эру. Многоклеточная жизнь на тот момент только успела зародиться. Было это настолько давно, что концентрация ²³⁵U составляла около 3%, что соответствует концентрации ядерного материала в современных реакторах.Существует только одна проблема: без контроля за замедлением нейтронов критичность не может быть достигнута, а значит, цепная реакция не запуститься. Это происходит потому, что нейтроны от естественного распада ²³⁵U просто пролетают мимо других атомов ²³⁵U. Появляется нужда в чем-то, что замедлит нейтроны, чтобы они могли прикрепиться к ²³⁵U и запустить цепную реакцию, в результате чего реактор выйдет в критическое состояние. И всё же, в Окло действительно имелся нейтронный контроль в виде уровня грунтовых вод. Урановая руда была погружена в подземный водный путь, который постоянно протекал через реактор. Эта вода замедляла нейтроны, заставляя руду переходить в состояние критичности и обеспечивать непрерывную цепную реакцию.Если бы вода просто оставалась в реакторе, реакция бы усиливалась и становилась сверхкритической! Именно благодаря воде происходит цепная реакция, и все больше и больше Урана расщепляется с экспоненциальной скоростью. Так же и с атомной бомбой!Но Окло так и не перешел в сверхкритическое состояние, так как вода не только запускала цепную реакцию, но и могла ее остановить, эффективно регулируя ядерный процесс.  На рисунке выше реактор в Окло изображен в поперечном сечении. Когда вода проходит через реактор, она замедляет нейтроны, заставляя вещества становиться критическими и нагреваться. Затем примерно через полчаса вода становится очень горячей и выкипает, не оставляя реактору шанса замедлить нейтроны — реакция останавливается. Когда реактор охлаждается и вода снова начинает течь через него, реакция запускается снова. И реактор в Окло оставался таким в течение сотен тысяч лет, пока концентрация ²³⁵U не стала слишком низкой, чтобы достичь состояния критичности. Таким образом, из-за такого водного контроля в Окло не произошло ядерного расплава или взрыва. Но реактору удалось высвободить удивительное количество энергии. В среднем его мощность составляла 100 кВт тепловой энергии. Это примерно столько же, сколько у 1000 лампочек накаливания, или немного больше мощности, чем у Delorean на полном газу. И это в течение несколько сотен тысяч лет!  Все это демонстрирует, что природа гораздо более удивительна, чем мы в состоянии вообразить. И теперь, когда нам известно о существовании таких феноменов, только представьте, что в других местах Вселенной могут быть на столько же причудливые геологические явления. Несложно представить себе далекую планету с собственным ядерным реактором природного происхождения с гидротермальными структурами, по функционалу схожими с вентиляциями. В подобных структурах могла бы существовать примитивная радиационно-устойчивая бактериоподобная жизнь, которая живет за счет богатой минералами нагретой воды, извергаемой из реактора. Представьте себе это — бактерии, живущие за счет атомной энергии!Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов. =========== Источник: habr.com =========== =========== Автор оригинала: Will Lockett ===========Похожие новости:
Блог компании ITSOFT ), #_nauchnopopuljarnoe ( Научно-популярное ), #_energija_i_elementy_pitanija ( Энергия и элементы питания ), #_fizika ( Физика ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 10:50
Часовой пояс: UTC + 5