مفاعل الانشطار النووي الطبيعي في غابون ، غرب أفريقيا

2024 مؤلف: Sherilyn Boyd | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 09:38

من أجل فهم كيفية حدوث المفاعل النووي الطبيعي ، فإنه يساعد على فهم القليل من التاريخ وعلم التفاعلات النووية.

ردود الفعل النووية في باختصار

ووفقاً للجنة الدولية للطاقة الذرية ، يوجد أكثر من 400 محطة للطاقة النووية تعمل في أكثر من 30 دولة. وبالرغم من الفشل الكارثي الأخير في السلامة مثل المأساة التي وقعت في فوكوشيما داييشي في عام 2011 ، فإن ما يقرب من 70 محطة جديدة للطاقة النووية قيد الإنشاء حالياً. فلماذا نواصل بناء مثل هذه المرافق التي يحتمل أن تكون خطرة؟ القوة ، على الرغم من الكوارث مثل تشرنوبيل وفوكوشيما ، في الواقع ، تعتبر ميغاواط بالنسبة للميكاوات عمومًا أكثر أمانًا و "أكثر اخضرارًا" من الطاقة المولدة عبر الفحم أو الغاز.

يتم إنشاء هذا النوع من الطاقة النووية عند استخدام النظير ، وكثيراً ما يتم قذف اليورانيوم 235 (U-235) بالنيترون. عادةً ما يكسر الاصطدام النظير إلى قسمين ، يحتوي كل منهما على نصف النيوترونات والبروتونات للذرة الأصلية ، في عملية تسمى الانشطار النووي. أثناء التفاعل ، يتم فقدان كمية صغيرة من الكتلة ، والتي هي نتيجة لقليل من المادة التي يتم تحويلها إلى كمية كبيرة نسبيا من الطاقة.

في مفاعل نموذجي ، يتم تجميع مجموعة كبيرة من اليورانيوم 235 ثم يتم قذفها بالنيوترونات. في كل تصادم بين U-235 والنيوترون ، اثنين اخرين يتم إنتاج النيوترونات مع إطلاق الطاقة. طالما هناك ما يكفي من نظائر اليورانيوم 235 ، فإن تلك النيوترونات الإضافية ستسبب تفاعلات إضافية. تنمو التفاعلات بشكل كبير في عملية تسمى التفاعل المتسلسل الذي ينتج طاقة أكثر. تعمل محطات الطاقة النووية على تسخير الطاقة من هذه التفاعلات التسلسلية المحكومة وتحويلها إلى كهرباء تعمل على تشغيل أشياء مثل MacBook Air التي أكتبها.

اليورانيوم 235

اليورانيوم هو واحد من أثقل العناصر ، مع الوزن الذري 238.03. ووثيقة الصلة بهذه المادة ، توجد ثلاثة نظائر فقط منها بشكل طبيعي في القشرة الأرضية ؛ U-238 ، والتي تشكل 99.3 ٪ من جميع اليورانيوم ، U-235 ، والتي تضم معظم النسبة المتبقية 0.7 ٪ ، و U - 234 ، والتي هي موجودة فقط في كمية متناهية الصغر. U-238 هو فقط رد الفعل أقل ما يقال ، ولا يجعل المواد الانشطارية جيدة. ومع ذلك ، فإن U-235 متميز في الانقسام وإنتاج الكثير من الطاقة.

عندما يتعلق الأمر بالأرض ، يتكون خام اليورانيوم من النظائر الثلاثة في نسبها النسبية. من أجل أن تكون قابلة للانشطار ، يجب زيادة النسبة المئوية من اليورانيوم 235 في خام من 0.7 ٪ إلى حوالي 5 ٪ من الكلية. وتعرف هذه العملية بتخصيب اليورانيوم. في سيناريو التخصيب النموذجي ، يتم تحويل اليورانيوم إلى غاز ، سادس فلوريد اليورانيوم (UF-6) ، ويتم فصل الغاز بالوزن (تذكر ، U-234 و U-235 أخف من U-238). يسمح الفصل بنزع ما يكفي من اليورانيوم الثقيل ، بينما تحتوي المادة المتبقية في النهاية على تركيز مناسب من اليورانيوم 235 للانشطار.

مفاعل الغابون النووى

قد تسأل: "إذا كان خام اليورانيوم غير مناسب للتفاعلات النووية دون عملية تخصيب معقدة ومعقدة من صنع الإنسان ، فكيف بدأت طبيعية قبل ما يقرب من 2 مليار سنة؟" سؤال جيد ، والجواب ليس "الأجانب".

U-235 له عمر نصف أقصر بكثير من U-238 ، لذلك في الماضي البعيد ، كان يجب أن يكون أكثر وفرة وبتراكيز أكبر مما هو عليه اليوم. اقترح العالم بول ك. كورودا في عام 1956 أن هذا الخامة الغنية بـ يو 235 ، في ظل الظروف المناسبة ، كانت ستدعم الانشطار النووي ، وسلسلة ردود الفعل ، التي من شأنها أن تشكل مفاعلات نووية طبيعية.

هناك نظريتان حول كيفية عمل مفاعل الغابون ، على الرغم من أن كلاهما يفترض دورة من التفاعل المتسلسل ، الإقلاع ، التبريد ، التكرار ، على مدى آلاف السنين ، حتى يتم استنفاد المادة القابلة للانشطار.

تقترح إحدى النظريات أن اليورانيوم كان مغطى بالمياه الجوفية ، التي خففت النيوترونات ووفرت بيئة تدعم سلسلة من التفاعلات. الطاقة التي يتم توليدها في النهاية تسخن المياه الجوفية إلى درجة الغليان ، وتبدأ بالبخار. مع المياه الجوفية ذهبت ، توقف التفاعل. في نهاية المطاف ، تسرب الماء مرة أخرى إلى كهف اليورانيوم ، وتكررت العملية ، إلى أن كانت التركيزات منخفضة جدًا بحيث لا تدعم ردود أفعال أخرى.

النظرية الثانية ، التي لم يتم قبولها بشكل جيد ، اقترحت أن يطلق المفاعل الناري بعض العناصر الأرضية النادرة ، مثل السماريوم ، الجادولينيوم والديسبروسيوم ، التي تستوعب النيوترونات وتوقف التفاعل التسلسلي ، لبعض الوقت ، أو في أماكن معينة ، فقط تنبثق مرة أخرى في مكان قريب.

تفاصيل النظرية الأولى تم الإبلاغ عنها في الفضاء اليومي في عام 2004:

يشير هذا التشابه (إلى نبع ماء) إلى أنه بعد نصف ساعة من بداية تفاعل السلسلة ، تم تحويل الماء غير المحدود إلى بخار ، مما أدى إلى انخفاض تدفق النيوترونات الحرارية وجعل المفاعل شبه حرج.

استغرق الأمر ساعتين ونصف على الأقل حتى يبرد المفاعل حتى بدأ الانبعاث Xe (xenon) في الاحتفاظ به.ثم عادت المياه إلى منطقة المفاعل ، مما وفر الاعتدال النيوتروني ومرة أخرى إنشاء سلسلة ذاتية الاستدامة.

دليل على مفاعل أوكلو Fossil Fission

إذن كيف نعرف أن هذا حدث على الإطلاق؟ عدة اسباب.

أولاً ، في التحقيق الفرنسي الأولي ، عام 1972 ، تبين أن تركيز اليورانيوم 235 من الموقع كان أقل بكثير مما هو معتاد في الطبيعة ؛ في الواقع ، كانت التركيزات من عينات أوكلو مماثلة لتلك الموجودة في الوقود النووي المستهلك.

ثانياً ، اكتشف الفرنسيون أيضًا اختلافات في نظائر أخرى من الموقع ، بما في ذلك النيوديميوم والروثينيوم ، وكلاهما متوافق مع انشطار اليورانيوم -235.

ثالثاً ، في دراسة أجريت عام 2004 ، اكتشف فيزيائيو جامعة واشنطن الذين قاموا بالتحقيق في الموقع كميات مرتفعة من الزركونيوم والسيريوم والسترونتيوم التي تم إنتاجها عن طريق الانشطار النووي.

رابعاً ، حدد الباحثون الأمريكيون أيضاً أن رواسب أوكلو تحتوي على أكبر تركيزات من الزينون المنتج للإنشطار والكريبتون.

دروس من مفاعل اوكلو

أحد الاكتشافات المثيرة للدهشة من أوكلو هو أنه على عكس مفاعلاتنا الانشطارية التي تنتج نفايات سامة كبيرة لا يرغب أحد في تخزينها (فكر في جبل يوكا) ، كانت الطبيعة الأم تتخلص منها بأمان. ووفقاً لباحثي "واش يو" ، فإن المفاعل الطبيعي حوصر بأمان نفاياته السامة (Xe و Kr-85) في المركب الكيميائي ، والألمنيوم الفوسفات:

من المدهش الاعتقاد بأن التفاعل النووي الطبيعي يمكن أن يصل إلى الظروف الحرجة ، وأنه قادر أيضًا على تخزين نفاياته الخاصة.

في ملاحظة أخيرة ، من المطمئن أن نعرف أن اليورانيوم 235 الموجود طبيعياً لا وجود له اليوم في التركيزات الضرورية لبدء أو الحفاظ على مفاعل نووي طبيعي في العصر الحديث. لذلك ، على الرغم من أننا قد نضطر في يوم ما إلى العيش عبر تشرنوبيل أخرى ، فإننا على الأقل نعلم أننا لا نلوم إلا أنفسنا. üòâ

حقائق المكافأة:

• تعد جزيرة ثري مايل ، وهي حادث محطة الطاقة النووية بالقرب من ميدلتاون بولاية بنسلفانيا ، من أخطر حوادث محطات الطاقة في تاريخ الولايات المتحدة. ولم تؤد إلى أي وفيات أو إصابات لعمال النباتات أو المجتمع المجاور. كان لا يزال تصنيف المستوى 5 على INES ، على الرغم من أنه كان ينبغي أن يكون قد تم تقييمه للتو من المستوى 2.
• إذا كنت تخيم في مصنع في جزيرة ثري مايل خلال الحادث الذي وقع هناك في عام 1979 ، فإنك لم تتلق إلا 80 مليون ميل إضافي من التعرض خلال مدة الحادث. للرجوع إليها ، إذا كنت مصابًا بالعمود الفقري بالأشعة السينية ، فقد تلقيت حوالي ضعف ذلك خلال الثواني القليلة من الأشعة السينية. إذا كنت على بعد عشرة أميال من المفاعل أثناء وقوع الحادث ، فأنك قد استلمت حوالي 8 ملايين أو حوالي الإشعاع المؤين المكافئ لتناول 800 من الموز ، وهي مشعة بشكل طبيعي. لا توجد وفيات / سرطانات معروفة / إلخ. التي نتجت عن حادث جزيرة ثري مايل.
• رد الفعل العام لجزيرة ثري مايل ذهب إلى حد كبير من ما يستحقه الحدث الفعلي. ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى التضليل في الصحافة ؛ سوء فهم الإشعاعات المؤينة بين عامة الناس ؛ وحقيقة أنه لم يحدث قبل 12 يومًا من الفيلم متلازمة الصين أصدرت. كانت مؤامرة الفيلم هو كيف كانت المفاعلات النووية غير الآمنة وكل شخص في الفيلم فقط ولكن واحدة من الشخصيات الرئيسية كانت تحاول تغطية ذلك. متلازمة الصين يأتي مفهوم عنوان الفيلم من الفرضية القائلة بأنه إذا تم ذوبان قلب المفاعل النووي الأمريكي ، فسوف يذوب في وسط الأرض إلى الصين. بالتجول حقيقة أنه في الواقع المحيط الهندي على الجانب الآخر من الأرض من الولايات المتحدة ، وليس الصين ، والمشاكل الواضحة مع فرضية "الأرض من خلال الأرض" ، فإنه لم يكن من الممكن أن يكون أفضل الفيلم الموقوت بقدر ما هو إعلان مجاني من خلال الصحافة بسبب حادث جزيرة ثري مايل. تم ترشيح الفيلم لعدة جوائز أكاديمية ، بما في ذلك أفضل ممثلة من قبل جين فوندا.
• بشكل مثير للدهشة ، إذا كنا قادرين فعليًا على تحويل المادة تمامًا إلى طاقة مع 1 كيلوغرام من المادة المدمرة تمامًا ، فإن الطاقة الناتجة من هذه الكمية الصغيرة من المادة تبلغ حوالي 42.95 ميجا طن من مادة تي إن تي. لذا فإن ذكر بالغ يبلغ وزنه حوالي 200 رطل يوجد في مكان قريب من 4000 ميغا طن من إمكانات تي إن تي في قضيتهم إذا أبيد بالكامل.
• وهذا يزيد بمقدار 80 مرة عن الطاقة التي أنتجتها أكبر قنبلة نووية تم تفجيرها ، وهي Tzar Bomba ، التي أنتجت نفسها انفجارًا أقوى بنحو 1400 مرة من التفجيرات المشتركة للقنابل التي ألقيت على هيروشيما وناغازاكي.

• لمزيد من التوضيح ، 1 طن من مادة تي إن تي ، عند تحويلها إلى كيلو واط ساعي ، توفر ما يكفي من الكهرباء لتشغيل منزل أمريكي متوسط لمدة 100،000 سنة. وهو ما يكفي أيضًا لتزويد الولايات المتحدة بكامل طاقتها لأكثر من 3 أيام بقليل. لذا فإن 1 كيلوغرام من المادة التي يتم إبادةها بالكامل ستكون قادرة على تشغيل الولايات المتحدة بأكملها لمدة أربعة أشهر تقريبًا. وعندئذٍ ، عند بلوغ ذبيحة كاملة ، سيولد رجل بالغ متوسط ، سيخرج طاقة كافية لتشغيل الولايات المتحدة لمدة 30 عامًا تقريبًا. أزمة الطاقة حلها.

  

• على مقياس محير تماما ، فإن انفجار السوبرنوفا نموذجية ستعطي حوالي 1000000000000000000000000000000000000 Megatons من TNT. * المحاذير في الزاوية *