Oklo adalah lokasi ini hanya dikenal di dunia dan terdiri dari 16 situs di mana mandiri reaksi fisi nuklir berlangsung sekitar 2 miliar tahun yang lalu, dan berlangsung selama beberapa ratus ribu tahun, rata-rata 100 kW output daya selama waktu itu .
Pada bulan Mei 1972 di fasilitas pengayaan uranium Pierrelatte di Perancis, spektrometri massa rutin membandingkan sampel UF6 dari Tambang Oklo, yang terletak di Gabon, Afrika Tengah, menunjukkan perbedaan dalam jumlah isotop 235U. Biasanya konsentrasi adalah 0,720%; sampel ini hanya memiliki 0.717% - perbedaan yang signifikan. Perbedaan ini diperlukan penjelasan, karena semua fasilitas penanganan uranium harus cermat menghitung semua isotop terfissi untuk memastikan bahwa tidak ada yang dialihkan untuk tujuan senjata. Dengan demikian Prancis Komisariat à l'atomique Energie (CEA) mulai penyelidikan. Serangkaian pengukuran kelimpahan relatif dari kedua isotop yang paling signifikan dari uranium ditambang di Oklo menunjukkan hasil anomali dibandingkan dengan yang diperoleh untuk uranium dari tambang lainnya. penyelidikan lebih lanjut ke dalam deposit uranium ditemukan bijih uranium dengan rasio 235U untuk 238U serendah 0,440%. pemeriksaan selanjutnya isotop lain menunjukkan anomali yang mirip, seperti Nd dan Ru seperti yang dijelaskan lebih rinci di bawah.
Hal ini kehilangan 235U adalah persis apa yang terjadi dalam reaktor nuklir. Sebuah penjelasan itu adalah bahwa bijih uranium telah beroperasi sebagai reaktor fisi alami. pengamatan lain mengarah pada kesimpulan yang sama, dan pada tanggal 25 September 1972, CEA mengumumkan bahwa mereka menemukan mandiri reaksi berantai nuklir telah terjadi di Bumi sekitar 2 milyar tahun yang lalu. Kemudian, alam lainnya reaktor fisi nuklir ditemukan di wilayah tersebut.
Neodymium dan elemen lainnya ditemukan dengan komposisi isotop berbeda dari apa yang lazim ditemukan di Bumi. Sebagai contoh, neodymium alami mengandung 27% 142, sedangkan Nd di Oklo berisi kurang dari 6% tetapi mengandung 143Nd lebih. Mengurangi kelimpahan isotop alami Nd dari Oklo-Nd, cocok komposisi isotop yang dihasilkan oleh fissioning dari 235U.
penyelidikan serupa ke dalam rasio isotop dari rutenium di Oklo menemukan konsentrasi 99Ru jauh lebih tinggi dari yang diharapkan (27-30% vs 12,7%). anomali ini dapat dijelaskan oleh peluruhan 99Tc untuk 99Ru. Dalam grafik batang bawah tanda tangan isotop normal alami rutenium dibandingkan dengan bahwa untuk ruthenium fisi produk yang merupakan hasil fisi dari 235U dengan neutron termal. Jelas bahwa rutenium fisi memiliki signature isotop yang berbeda. Tingkat 100Ru dalam campuran produk fisi rendah karena (hidup setengah = 1019 tahun) hidup panjang isotop molibdenum. Pada skala waktu ketika reaktor berada di pembusukan operasi yang sangat sedikit untuk 100Ru akan telah terjadi.
Reaktor nuklir alam terbentuk ketika sebuah deposit mineral uranium yang kaya menjadi dibanjiri dengan air tanah yang bertindak sebagai moderator neutron, dan reaksi berantai nuklir berlangsung. Panas yang dihasilkan dari fisi nuklir menyebabkan air tanah mendidih jauhnya, yang memperlambat atau berhenti reaksi. Setelah pendinginan dari deposit mineral, racun fisi berumur pendek produk membusuk, air kembali dan reaksi mulai lagi. Reaksi-reaksi fisi yang bertahan selama ratusan ribu tahun, sampai reaksi berantai tak bisa lagi didukung.
Fisi uranium biasanya menghasilkan lima isotop yang diketahui dari xenon gas fisi-produk; kelima telah ditemukan terjebak dalam sisa-sisa reaktor alam, dalam berbagai konsentrasi. Konsentrasi isotop xenon, ditemukan terperangkap dalam formasi mineral 2 milyar tahun kemudian, memungkinkan untuk menghitung interval waktu tertentu operasi reaktor: sekitar 30 menit dari kekritisan diikuti 2 jam dan 30 menit pendinginan untuk menyelesaikan 3 jam siklus.
Faktor kunci yang membuat reaksi yang mungkin adalah bahwa, pada saat reaktor pergi kritis, 235U isotop fisil terdiri sekitar 3% dari uranium alam, yang sebanding dengan jumlah yang digunakan dalam beberapa reaktor hari ini. (The 97% sisanya non-fisi 238U.) Karena 235U memiliki paruh lebih pendek dari 238U, dan dengan demikian meluruh lebih cepat, kelimpahan saat 235U dalam uranium alam adalah sekitar 0,7%. Sebuah reaktor nuklir alami Oleh karena itu tidak mungkin lagi di Bumi tanpa air berat.
Deposito bijih uranium Oklo adalah situs yang hanya dikenal di mana reaktor nuklir alami ada. badan bijih uranium lain yang kaya juga akan memiliki cukup uranium untuk mendukung reaksi nuklir pada waktu itu, tetapi kombinasi uranium, air dan kondisi fisik yang dibutuhkan untuk mendukung reaksi berantai adalah unik kepada badan bijih Oklo.
Faktor lain yang mungkin berkontribusi ke awal dari reaktor nuklir di Oklo alami 2 milyar tahun, daripada sebelumnya, adalah kandungan oksigen meningkat di atmosphere.Uranium bumi secara alami hadir dalam batuan bumi, dan kelimpahan fisi 235U setidaknya 3% atau lebih tinggi setiap saat sebelum startup reaktor. Namun, uranium larut dalam air hanya dengan adanya oksigen. uranium Oleh karena itu, kadar oksigen meningkat selama umur bumi mungkin boleh dibubarkan dan diangkut dengan air tanah ke tempat-tempat konsentrasi yang cukup tinggi dapat terakumulasi membentuk badan bijih uranium kaya. Tanpa lingkungan aerobik baru yang tersedia di bumi pada waktu itu, konsentrasi ini mungkin tidak bisa terjadi.
Diperkirakan bahwa reaksi nuklir di uranium di vena sentimeter-ke ukuran meter yang dikonsumsi sekitar lima ton 235U dan temperatur tinggi sampai seratus Celsius.Remarkably beberapa derajat, sebagian besar produk fisi non-volatile dan aktinida hanya pindah cm pembuluh darah selama 2 milyar tahun terakhir. Ini menawarkan sebuah studi kasus tentang bagaimana radioaktif isotop bermigrasi melalui kerak bumi.
0 komentar:
Posting Komentar