راکتور طبیعی ۲ میلیارد ساله در دل یک معدن!

کاهش غیرعادی اورانیوم-۲۳۵ در سنگ معدن گابن، دانشمندان را به کشفی شگفتانگیز رساند: معدنی که میلیاردها سال پیش، بهطور طبیعی مانند یک راکتور هستهای عمل میکرد. به گزارش همشهری آنلاین، به نقل از فرادید: ماجرا از زمانی آغاز شد که فیزیکدانان ترکیب ایزوتوپی نمونهای از سنگ معدن اورانیوم استخراجشده از معدن اوکلو در گابن را بررسی کردند. آنها متوجه شدند مقدار یکی از ایزوتوپهای مهم اورانیوم، یعنی اورانیوم-۲۳۵، کمتر از حد معمول است؛ اختلافی بسیار کوچک اما از نظر علمی کاملاً غیرعادی. در حالت طبیعی، اورانیوم موجود در پوسته زمین تقریباً همیشه از دو ایزوتوپ تشکیل شده است. بخش عمده آن را اورانیوم-۲۳۸ تشکیل میدهد و تنها حدود ۰٫۷۲۰ درصد آن اورانیوم-۲۳۵ است؛ ایزوتوپی که توانایی ایجاد واکنش زنجیرهای شکافت هستهای را دارد و سوخت اصلی نیروگاههای هستهای محسوب میشود. نکته عجیب این بود که نمونه استخراجشده از اوکلو تنها ۰٫۷۱۷ درصد اورانیوم-۲۳۵ داشت. شاید این اختلاف ناچیز به نظر برسد، اما برای دانشمندان نشانهای بود که اتفاقی کاملاً متفاوت در گذشته این سنگ رخ داده است. در ابتدا برخی پژوهشگران احتمال دادند این سنگ شاید زمانی در یک راکتور هستهای مورد استفاده قرار گرفته باشد. هنگام شکافت هستهای، هستههای اورانیوم با جذب نوترون به عناصر کوچکتر تجزیه میشوند و مقدار زیادی انرژی و نوترون آزاد میکنند. این نوترونها نیز باعث شکافت هستههای دیگر میشوند و واکنش زنجیرهای ادامه پیدا میکند. اگر چنین فرایندی رخ داده باشد، بخشی از اورانیوم-۲۳۵ مصرف میشود و نسبت آن کاهش مییابد؛ درست همان چیزی که در نمونه اوکلو مشاهده شده بود. اما بررسیهای بیشتر نشان داد این معدن کاملاً طبیعی است و هیچ نشانهای از فعالیت انسانی در آن وجود ندارد. با این حال، آثار بهجامانده از محصولات شکافت هستهای نیز در سنگها دیده میشد. این تناقض، معمایی بزرگ برای دانشمندان ایجاد کرد. پس از بررسیهای گسترده، پژوهشگران به نتیجهای شگفتانگیز رسیدند. حدود ۲ میلیارد سال پیش، شرایطی استثنایی در معدن اوکلو باعث شده بود واکنش شکافت هستهای بهطور طبیعی آغاز شود و این معدن برای مدتی مانند یک راکتور هستهای عمل کند. برای وقوع چنین پدیدهای، چند شرط باید همزمان برقرار میبود: نخست اینکه ذخیره اورانیوم باید آنقدر بزرگ و غنی باشد که بتواند واکنش زنجیرهای را آغاز کند. معدن اوکلو دقیقاً چنین ویژگیای داشت و در آن زمان مقدار اورانیوم-۲۳۵ نیز بیش از امروز بود، زیرا این ایزوتوپ طی میلیاردها سال بهتدریج دچار واپاشی رادیواکتیو شده است. شرط دوم، وجود مادهای برای کند کردن سرعت نوترونها بود. در راکتورهای هستهای امروزی معمولاً از آب، گاز یا گرافیت برای این کار استفاده میشود، زیرا نوترونهای کندشده راحتتر توسط هستههای اورانیوم جذب میشوند و واکنش زنجیرهای ادامه پیدا میکند. دانشمندان معتقدند در معدن اوکلو، آبهای زیرزمینی همین نقش را ایفا کردهاند. ورود آب به میان سنگهای غنی از اورانیوم، سرعت نوترونها را کاهش داده و شرایط لازم برای آغاز و ادامه واکنش طبیعی شکافت هستهای را فراهم کرده است. امروزه دانشمندان نمیتوانند با اطمینان بگویند که چنین راکتورهای طبیعی فقط یک بار در تاریخ زمین به وجود آمدهاند. ممکن است در گذشته نمونههای مشابه دیگری نیز وجود داشته باشد که آثار آنها از بین رفته یا هنوز کشف نشده است. با این حال، معدن اوکلو در گابن تنها نمونه شناختهشده و تأییدشده از یک راکتور هستهای طبیعی در جهان است؛ پدیدهای کمنظیر که نشان میدهد میلیاردها سال پیش، طبیعت بدون دخالت انسان توانسته بود همان فرایندی را ایجاد کند که امروزه در نیروگاههای هستهای برای تولید برق به کار گرفته میشود. این کشف نهتنها درک دانشمندان از تاریخ زمین را دگرگون کرد، بلکه نشان داد قوانین فیزیک هستهای میلیاردها سال پیش نیز درست به همان شکلی عمل میکردهاند که امروزه در راکتورهای مدرن مشاهده میشود.