راکتوری که به‌طور طبیعی دو میلیارد سال پیش فعال شد

حدود دو میلیارد سال پیش، زمانی که هنوز انسان در کره زمین پا نگذاشته بود، طبیعت در قسمتی از قاره آفریقا شرایطی فراهم آورد که به نظر می‌رسد بیشتر به یک داستان علمی‌تخیلی شباهت دارد: در عمق زمین واکنشی زنجیره‌ای هسته‌ای پایدار مشابه یک راکتور شکل گرفت و به مدت صدها هزار سال ادامه داشت.

این پدیده در ناحیه‌ای به نام اوکلو در گابن به وقوع پیوست. بر خلاف راکتورهای امروزی که به‌دست انسان طراحی و ساخته شده‌اند، راکتور اوکلو نتیجه‌ی ترکیب چندین شرایط طبیعی همچون مقدار فراوان اورانیوم، نسبت مناسب ایزوتوپ‌های آن و وجود آب به‌عنوان کندکننده‌ی نوترون‌ها بود. آژانس بین‌المللی انرژی اتمی در گزارشی درباره‌ی کاربردهای فناوری‌های هسته‌ای، اوکلو را به‌عنوان نمونه‌ای از یک «راکتور طبیعی» معرفی می‌کند.

این داستان از سال ۱۹۷۲ آغاز شد، نه با کشف یک ساختار زیرزمینی عجیب بلکه از طریق اندازه‌گیری آزمایشگاهی. در یک نمونه سنگ اورانیوم که از معدن اوکلو به فرانسه ارسال شده بود، محققان دریافتند که مقدار ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۵ اندکی کمتر از حد طبیعی است. این تفاوت در ابتدا تنها حدود ۰٫۴ درصد بود، اما با بررسی نمونه‌های بیشتر مشخص شد که هرچه مقدار اورانیوم در سنگ بیشتر باشد، کاهش اورانیوم-۲۳۵ نیز به همان نسبت افزایش می‌یابد.

این موضوع نمی‌توانست با فرایندهای معمول زمین‌شناسی توضیح داده شود. بنابراین، پژوهشگران به جستجوی عناصر دیگری پرداختند که از محصولات شناخته‌شده‌ی شکافت هسته‌ای هستند. بررسی ایزوتوپ‌های نئودیمیم و چندین عنصر دیگر، الگوهایی را مشخص کرد که با محصولات حاصل از شکافت اورانیوم همخوانی داشت. به این ترتیب، شواهدی قوی به‌دست آمد که نشان می‌دهد در گذشته واقعا در اوکلو یک واکنش شکافت هسته‌ای اتفاق افتاده است.

برای ایجاد یک واکنش زنجیره‌ای، وجود فقط اورانیوم کافی نیست؛ لازم است ترکیب و مقدار مناسبی از اورانیوم وجود داشته باشد و نوترون‌ها به حدی کند شوند که احتمال برخورد آن‌ها با هسته‌های اورانیوم و ایجاد شکافت مجدد افزایش یابد.

دو میلیارد سال پیش، شرایط زمین با آنچه امروز می‌شناسیم تفاوت بسیاری داشت. ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۵ به‌دلیل نیمه‌عمر کوتاهترش نسبت به اورانیوم-۲۳۸، در آن زمان بسیار بیشتر از امروزه وجود داشت. گزارش IAEA برآورد می‌کند که سهم U-235 در اورانیوم طبیعی آن زمان حدود ۳ تا ۴ درصد بوده است؛ مقداری که با غلظت مورد نیاز برای راکتورهای آب سبک امروزی قابل مقایسه است. غلظت اورانیوم در ذخایر اوکلو نیز به‌طور قابل توجهی بالا بود.

این راکتور قطعاً به شکلی مشابه به نیروگاه‌های بزرگ امروزی نبود. شاخص شار نوترونی آن به‌مراتب پایین‌تر از راکتورهای تحقیقاتی مدرن بود؛ ولی در مقایس زمین‌شناسی انرژی قابل توجهی را تولید کرد. طبق گزارش IAEA، در طی فعالیت این راکتور، بیش از ۱۰ تن اورانیوم دچار شکافت شد و تقریباً ۱۰۰ میلیارد کیلووات‌ساعت گرما آزاد شد؛ مقداری که با تولید انرژی هسته‌ای یک نیروگاه مدرن در چهار سال مقایسه می‌شود. فعالیت این راکتور نیز حداکثر چند صد هزار سال ادامه داشت.

اهمیت اوکلو به اینجا ختم نمی‌شود که طبیعت نمایانگر ایجاد یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای پیش از وجود انسان‌ها بوده است. بقایای این راکتور به‌عنوان یک آزمایش طبیعی بسیار وسیع نیز به شمار می‌آیند.

لذا، اوکلو را می‌توان به‌عنوان یک راکتور هسته‌ای طبیعی و بسیار قدیمی در نظر گرفت که بدون دخالت انسان شکل گرفت. نکته جالب این است که پس از کشف اوکلو، دانشمندان به دنبال یافتن نمونه‌های مشابه دیگری بوده‌اند؛ اما بر اساس گزارش IAEA تا به امروز هیچ راکتور طبیعی دیگری با چنین قطعیتی شناسایی نشده است.

در واقع، آنچه دو میلیارد سال پیش در دل سنگ‌های گابن صورت گرفت، نشان می‌دهد که برای شکل‌گیری یک راکتور هسته‌ای همیشه به مهارت‌های مهندسی و تجهیزات پیچیده احتیاج نیست؛ اگر طبیعت شرایط لازم مانند مقادیر مناسب سوخت، آب و شرایط زمین‌شناختی را به‌دست آورد، خود می‌تواند یک واکنش زنجیره‌ای را به راه اندازد.