1972-ben a franciaországi Pierrelatte uránfeldolgozó üzemében valami nagyon nem stimmelt. Egy Gabonból származó ércszállítmány rutinszerű elemzése kimutatta, hogy a mintákban kevesebb az urán-235, mint amennyinek lennie kellene. Sokkal kevesebb!
Valahol annyi hasadóanyag tűnt el, ami több tucat atomtöltetre is elég lett volna!
Azonnal nyomozás indult, hiszen minden, ami az atomenergiával kapcsolatos, fenyegetést jelenthet a globális biztonságra. Kiderült azonban, hogy maga a természet használta fel ezt az üzemanyagot kétmilliárd évvel ezelőtt. És sokkal elegánsabban csinálta, mint az emberek.
Egy anomália, ami atomfizikáért kiált.
Az urán-235 aránya a Föld bármely természetes kőzetében – legyen az egy szibériai szikla, egy meteorit vagy holdkőzet – mindig pontosan ugyanannyi: 0,7202%. Ez egy alapvető tény, amely nem tűr kivételt.
A gaboni Oklóban található lelőhelyről származó ércben ez az arány 0,7171% volt, sőt, bizonyos mintákban mindössze 0,3655%. Ez pont olyan, mintha bemennél a bankba a pénzedért, és kiderülne, hogy valaki már felvette a harmadát.
Az első feltételezés logikus, egyben ijesztő is volt: valaki egy modern reaktorból származó fűtőelemet kevert az ércbe. A nemzetközi ellenőrök igencsak feszültek lettek.
A geológusok azonban gyorsan ízekre szedték ezt a teóriát: az érc évszázmilliókon át érintetlenül pihent a föld alatt. Szó sem volt külső beavatkozásról. Az egész folyamatot minden szakaszban szigorúan ellenőrizték.
1972 szeptemberében a Francia Tudományos Akadémia hivatalosan is megállapította: egy természetes atomreaktort fedeztek fel Gabonban. Aztán találtak még egyet. Majd még egyet. Végül összesen 17 különálló reaktorzónát számoltak össze három különböző lelőhelyen.
Mielőtt belevágnánk, hogyan is működött ez a reaktor, tisztáznunk kell néhány atomfizikai tényt. Ígérem, végtelenül egyszerű és érthető leszek.
Az urán két izotópja eltérő sebességgel bomlik: az urán-235 gyorsan (felezési ideje körülbelül 704 millió év), az urán-238 pedig lassan, szinte a Föld egész életkora alatt (4,54 milliárd év).
Éppen ezért, minél messzebb megyünk vissza a múltba, annál több volt a „gyors” hasadó izotóp. Kétmilliárd évvel ezelőtt az aránya elérte a 3–3,7%-ot. Ez egy kritikusan fontos szám, ugyanis pontosan ennyire van szükség a láncreakció beindulásához. Ma a mérnökök ezt az értéket méregdrága centrifugálással érik el, feltornászva a természetes 0,72%-ot a szükséges 3-5%-ra.
Gabonban a természet mindezt a „dúsítást” ingyen kapta meg – egyszerűen azért, mert az idő még nem őrölte fel az urán-235-öt. Már csak annyi volt hátra, hogy egy helyre gyűjtse. És itt jöttek képbe a baktériumok.
A reaktort… baktériumok építették.
Mielőtt megjelent volna az oxigén a Föld légkörében, az urán holt teherként ült a gránitban: oldhatatlan volt, és egy tapodtat sem mozdult.
Mindent megváltoztattak a cianobaktériumok, azok az első mikroorganizmusok, amelyek megtanultak oxigéntermeléssel fotoszintetizálni. Kezdetben az összes oxigén az óceánokban lévő vas és a légkörben lévő metán oxidációjára ment el.
Amikor ezek a „pufferek” kimerültek – körülbelül 2,4 milliárd évvel ezelőtt –, az oxigén elkezdett felhalmozódni a légkörben és feloldódni a talajvízben. Eljutva az uránásványokhoz, az oldhatatlan uránt oldható formává alakította. Az esők és a folyók pedig lemosták a folyásirányba – egyenesen a mai Gabon területén lévő üledékes medencébe.
Ott aztán az urán találkozott ugyanezen baktériumok maradványaival. Az elpusztult mikroorganizmusok telepei évmilliók alatt két kilométer mélyre süllyedtek, és kőolajcsapdákká alakultak.
Amikor az uránban gazdag víz elérte ezeket az üregeket, az olaj elnyelte az oxigént, az urán elveszítette oldhatóságát, és helyben lerakódott – méghozzá tömör, tömegre vetítve akár 70%-os koncentrációjú lencsékké állt össze. A baktériumok tehát először feloldották az uránt, majd a saját tetemeikkel egy kupacba gyűjtötték.
Hogyan működött egyáltalán?
A láncreakcióhoz szükség van egy neutronlassítóra. Az urán-235 magjának hasadásakor „gyors” neutronok repülnek ki, méghozzá több mint 10 000 km/s sebességgel. Annak az esélye, hogy egy ilyen neutron eltalálja a következő atommagot és újabb hasadást idéz elő, elhanyagolható – egyszerűen csak elsuhan mellette. A neutronokat termikus sebességre, nagyjából 2 km/s-ra kell lassítani.
A legjobb lassító anyag pedig a víz. A Franceville-medence homokkövei porózusak voltak, és telítve voltak talajvízzel.
Az utolsó feltétel: a neutronmérgek hiánya. Ezek olyan elemek, amelyek elnyelik a neutronokat és lefojtják a reakciót. Ha bór, kadmium vagy lítium került volna az ércbe jelentősebb mennyiségben, sosem jött volna létre a reaktor.
2004-ben Alexander Meshik fizikus rájött, miért nem robbant fel a reaktor, és miért nem olvasztotta meg a kőzetet.
A mechanizmus nevetségesen egyszerűnek bizonyult: a víz beindította a reakciót, a forrás pedig leállította. A talajvíz beáramlott az uránlencsébe, lelassította a neutronokat, a láncreakció pedig beindult. 30 perc elteltével a hőmérséklet elérte a forráspontot, a víz gőzzé alakult, a gőz pedig szinte egyáltalán nem lassítja a neutronokat. A reakció így magától leállt.
Ezt követően a kőzet két és fél órán át hűlt, a gőz lecsapódott, a víz ismét kitöltötte a pórusokat – és minden kezdődött elölről. Harminc perc munka, két és fél óra pihenő, és mindez százezer éveken keresztül. Semmi operátor, semmi vészleállító gomb – csak a forrásban lévő víz fizikája.
Az oklói reaktorok végül maguktól álltak le – körülbelül 1,7 milliárd évvel ezelőtt –, méghozzá egyszerre két okból. Az urán-235 fokozatosan kiégett: minden reakcióciklus csökkentette az arányát, és százezer évek múltán egyszerűen nem maradt elegendő mennyiségű fűtőanyag.
Ezzel párhuzamosan a kőzetben felhalmozódtak a hasadási termékek – szamárium, gadolínium és más, neutronokat mohón elnyelő elemek. Minél tovább működött a reaktor, annál több ilyen „méreg” fojtotta el a láncreakciót. A reaktor csendben és dráma nélkül hunyt ki, ugyanolyan békésen, ahogy működött.
Az oklói természetes atomreaktor százezer éveken át üzemelt egyetlen mérnök, vezérlőpult és mindenfajta baleset nélkül. Baktériumok indították be, az üzemanyagot szupernóvák biztosították, a lassító közeg a közönséges talajvíz volt, a biztonsági automatikát pedig maga a vízforrás jelentette. Kétmilliárd évvel később az emberek még mindig tanulnak ebből a konstrukcióból. És úgy tűnik, még sokáig fognak is.
