شکافت در طبیعت


تاریخچه

مورد جالب توجهی از واکنش زنجیری شکافت در طبیعت در معدن اکلو در گابون (واقع در قاره آفریقا) دیده شده است. در سال 1972 ، دانشمندان فرانسوی نمونه‌های معدن اورانیوم را آنالیز کردند. معمولا میزان ایزوتوپ 235U در کل فراوانی اورانیوم برابر 0.7202 درصد است. با وجود این در بعضی از نمونه‌های اکلو ، فراوانی 235U تنها 0.7171 درصد یافت شد. دانشمندان نظر دادند که شاید تهی شدن 235U در نتیجه راکتور شکافت فسیلی بوده که چند میلیون سال پیش عمل کرده است.

شکافت خود به خودی اورانیوم

سن صخره حاوی کانی اورانیوم حدود 1.74X109 سال تعیین شده بود. در صخره‌ای با این سن ، مقدار اولیه 235U تقریبا 3 درصد کل اورانیوم موجود بوده است (نیم عمر 235U برابر 7.04X108 سال است). این مقدار معادل غنای ایزوتوپی اورانیوم بکار رفته در یک راکتور قدرت پیشرفته است. برای رسیدن به جرم کافی جهت ادامه واکنش زنجیری لازم بود که کانی تقریبا معدن حاوی 20 درصد اورانیوم باشد. نمونه‌هایی در جرم اکلو پیدا شده‌اند که دارای 20 تا 60 درصد اورانیوم بوده‌اند.

شکافت خودبه خودی 235U یا نوترونهای اشعه کیهانی می‌توانست نوترونهای پرتابه لازم برای شروع شکافت القایی نوترون 235U را فراهم نماید. 235U احتمال بیشتری از 235U جهت شکافت القایی نوترون دارد. به همین دلیل است که ایزوتوپ 235U بوسیله دیفیوژن گاز یا فرآیندهای دیگر غنی سازی می‌گردد تا در راکتورهای هسته‌ای و بمبهای هسته‌ای قدیمی مورد استفاده قرار گیرد. شکافت 235U چندین نوترون اضافی برای ادامه یک واکنش هسته‌ای زنجیری از طریق القای بیش از یک فرآیند شکافت ثانویه به ازای هر فرآیند شکافت اولیه یا مادر نمود.

واکنشهای زنجیری و راکتورها

شرایط دیگری نیز باید برای انجام واکنش زنجیری موجود باشند. نوترونهایی که موجب شکافت می‌شوند باید تا حد انرژیهای حرارتی حدود انرژی مولکولهای گاز (در دمای اتاق معادل Emean ≈ 0.04 ev) کند شوند. در راکتورهای پیشرفته آب به عنوان کند کننده متداول برای کاهش انرژیهای نوترونهای شکافت بوسیله واکنشهای برخوردهای چندگانه با اتمهای هیدروژن آب بکار می‌رود. خاک اکلو از نوعی رس و حاوی 5% آب است. این مقدار تقریبا معادل نسبت اورانیوم به آبی است که در راکتورهای مدرن بکار می‌رود.

همچنین بعضی از عناصر دارای احتمال بالای جذب نوترون بوده و لذا واکنش زنجیری را متوقف می‌کنند. این عناصر مانند V به مقدار بسیار کمی در خاک اکلو یافت شدند. عناصر دیگر با احتمال بالای جذب نوترون مانند B ، Nb و Gd به مقدار فوق العاده ناچیز در اکلو وجود دارد. مقدار جزئی از این عناصر که در ابتدا در خاک بوده است، احتمالا در عملیات ابتدائی راکتور سوخته و از بین رفته است. در کنار تهی شدن 235U ، عدم حضور سمومی مانند V و وجود مقادیر جزئی B ، Nd و Gd شواهد آزمایشی دیگری هستند که نشان می‌دهند در اکلو یک راکتور هسته‌ای طبیعی عمل کرده است.

فراوانی عناصر و فرآیند شکافت

فراوانی بالای غیر عادی از ایزوتوپهای نوکلوئیدهایی که معمولا از فرآیندهای شکافت تولید می‌شوند، ملاحظه گردید. در میان اینها ایزوتوپهایی از گازهای به دام افتاده Kr ، Xe بودند که به مقدار زیاد از شکافت 235U بوجود آمده بودند. به دلیل انجام واکنشهای رادیولیز حاصل از اشعه گاما و حرارت ، ترکیبات آلی فرار در صخره‌های این ناحیه وجود نداشت.

صخره‌های محلی نشان دهنده علائمی بودند که نشان می‌داد به شدت حرارت دیده‌اند، ولی نشانی از آتشفشان وجود نداشت. بالاخره ، نسبتهای ایزوتوپی غیر معمولی برای عناصر خاص مانند Nd که دارای ایزوتوپهای با تواناییهای مختلف برای جذب نوترون می‌باشد، وجود داشت. این ایزوتوپها که دارای احتمال بالای جذب نوترون بوده و نسبت به دیگر ایزوتوپها تهی شده‌اند، نشان دهنده حضور یک شار بالای نوترون بودند.

شکافت طبیعی در مکانهای دیگر

منطقه اکلو مورد توجه دانشمندان محیط زیست بوده است، چرا که برای مسائل دفع پسماندهای رادیواکتیو دارای اهمیت خاصی است. مکانهای دیگر راکتورهای طبیعی شکافت در حال بررسی و جستجو هستند، اما در حال حاضر اکلو تنها راکتور هسته‌ای فسیلی شناخته شده می‌باشد.

مباحث مرتبط با عنوان



تعداد بازدید ها: 12867