Reaktor Fisi Nuklear Alam Gabon, Afrika Barat

2023 Pengarang: Sherilyn Boyd | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-09-25 22:43

Untuk memahami bagaimana reaktor nuklear semulajadi datang, ia membantu memahami sedikit sejarah dan sains reaksi nuklear.

Reaksi Nuklear secara ringkas

Menurut Suruhanjaya Tenaga Atom Antarabangsa (IAEA), terdapat lebih 400 loji kuasa nuklear yang beroperasi di lebih dari 30 buah negara; dan meskipun kegagalan keselamatan bencana baru-baru ini seperti tragedi di Fukushima Daiichi pada tahun 2011, hampir 70 loji kuasa nuklear baru sedang dalam pembinaan. Jadi mengapa kita terus membina kemudahan yang berbahaya itu? Kuasa yang, walaupun bencana seperti Chernobyl dan Fukushima, megawatt untuk megawatt sebenarnya, secara keseluruhan, secara amnya dianggap lebih selamat dan "lebih hijau" daripada kuasa yang dihasilkan melalui arang batu atau gas.

Jenis kuasa nuklear ini dicipta apabila isotop, sering uranium 235 (U-235), dibombardir dengan neutron. Perlanggaran biasanya memecahkan isotop itu menjadi dua helai, masing-masing mengandungi separuh neutron dan proton atom asal, dalam proses yang disebut pembelahan nuklear. Semasa tindak balas, sejumlah kecil jisim hilang, yang merupakan hasil daripada sedikit bahan yang ditukar kepada jumlah tenaga yang agak besar.

Dalam reaktor biasa, banyak U-235 dipasang dan kemudian dibombardir dengan neutron; dalam setiap perlanggaran antara U-235 dan neutron, dua lagi neutron dihasilkan bersama dengan pembebasan tenaga. Selagi terdapat isotop-isotop U-235 yang mencukupi, neutron tambahan akan menyebabkan reaksi tambahan. Reaksi meningkat secara eksponen dalam proses yang dipanggil tindak balas rantai yang menghasilkan lebih banyak tenaga. Tumbuhan kuasa nuklear memanfaatkan tenaga daripada tindak balas rantai terkawal ini dan mengubahnya menjadi kuasa elektrik yang menguatkan perkara seperti MacBook Air ini yang saya tulis.

Uranium-235

Uranium adalah salah satu unsur paling berat, dengan berat atom 238.03. Berkaitan dengan artikel ini, hanya tiga isotop yang dijumpai secara semulajadi di kerak Bumi; U-238, yang membentuk 99.3% daripada semua uranium, U-235, yang terdiri daripada sebahagian besar baki.7%, dan U-234, yang terdapat dalam jumlah yang kecil sahaja. U-238 hanya sedikit reaktif dan tidak menghasilkan bahan yang mudah dibuang. Walau bagaimanapun, U-235 adalah hebat kerana berpecah dan menghasilkan banyak tenaga.

Apabila keluar dari tanah, bijih uranium terdiri daripada tiga isotop dalam bahagian relatifnya. Untuk dapat dipisahkan, peratusan U-235 dalam bijih mesti ditingkatkan dari.7% hingga kira-kira 5% daripada keseluruhannya. Proses ini dikenali sebagai pengayaan uranium. Dalam senario pengayaan biasa, uranium ditukar menjadi gas, uranium hexafluoride (UF-6), dan gas dipisahkan oleh berat (ingat, U-234 dan U-235 lebih ringan daripada U-238). Pemisahan itu membolehkan cukup uranium yang lebih berat untuk dikeluarkan, dan bahan yang tinggal akhirnya mempunyai kepekatan U-235 yang sesuai untuk pembelahan.

Reaktor Nuklear Gabon

Anda mungkin bertanya: "Jika bijih uranium tidak sesuai untuk reaksi nuklear tanpa proses pengayaan yang rumit, bagaimanakah semulajadi bermula hampir dua bilion tahun yang lalu?" Soalan yang baik, dan jawapannya bukan "orang asing".

U-235 mempunyai separuh hayat yang jauh lebih pendek daripada U-238, jadi pada masa lalu yang jauh, ia sepatutnya jauh lebih banyak, dan dalam kepekatan yang lebih besar daripada hari ini. Saintis Paul K. Kuroda mencadangkan bahawa bijih kaya U-235 ini, di bawah keadaan yang betul, akan menyokong pembelahan nuklear, dan reaksi rantai, yang akan membentuk reaktor nuklear semulajadi.

Terdapat dua teori tentang bagaimana reaktor Gabon bekerja, walaupun kedua-duanya menganggap kitaran tindak balas rantai, pemberhentian, pendinginan, ulangi, selama tempoh beribu-ribu tahun, sehingga bahan yang dibuang habis.

Satu teori mencadangkan bahawa uranium ditutup dengan air bawah tanah, yang memodenkan neutron dan menyediakan persekitaran yang menyokong tindak balas rantai. Tenaga yang dijana akhirnya memanas air bawah tanah untuk mendidih, dan ia dikukus. Dengan air bawah tanah itu, tindak balas berhenti. Akhirnya, air meresap ke dalam gua uranium, dan prosesnya berulang, sehingga kepekatannya terlalu rendah untuk menyokong reaksi lanjut.

Teori kedua, yang tidak diterima dengan baik, mencadangkan bahawa reaktor pembakaran mengeluarkan unsur-unsur nadir bumi tertentu, seperti samarium, gadolinium dan dysprosium, yang menyerap neutron dan menghentikan tindak balas rantai, untuk suatu masa, atau di tempat tertentu, hanya untuk mempunyai ia muncul lagi berdekatan.

Butiran teori pertama dilaporkan dalam Ruang Harian pada tahun 2004:

Kesamaan ini (kepada geyser) menunjukkan bahawa setengah jam selepas permulaan tindak balas rantai, air tidak terikat ditukar kepada stim, mengurangkan fluks neutron haba dan membuat reaktor sub-kritikal.

Ia mengambil masa sekurang-kurangnya dua setengah jam bagi reaktor untuk menyejukkan sehingga fisi Xe (xenon) mula dikekalkan.Kemudian air itu kembali ke zon reaktor, dengan menyediakan neutron moderasi dan sekali lagi membentuk rantaian yang dapat mengekalkan diri.

Bukti Reaktor Fisiil Oklo Fossil

Jadi bagaimana kita tahu ini pernah terjadi? Beberapa sebab.

Pertama, pada awalnya, siasatan Perancis pada tahun 1972, didapati bahawa kepekatan U-235 dari laman web ini jauh lebih rendah daripada biasanya diperhatikan; sebenarnya, kepekatan dari sampel Oklo sama dengan yang didapati dalam bahan api nuklear yang dibelanjakan.

Kedua, Perancis juga menemui percanggahan dalam isotop lain dari tapak tersebut, termasuk neodymium dan ruthenium, kedua-duanya konsisten dengan pembelahan U-235.

Ketiga, dalam kajian tahun 2004 ahli fizik Universiti Washington yang menyelidiki tapak tersebut menemui sejumlah besar zirkonium, cerium dan strontium yang dihasilkan melalui pembelahan nuklear.

Keempat, para cendikiawan Amerika juga mengenal pasti bahawa deposit Oklo terkandung konsentrasi terbesar xenon dan krypton yang dihasilkan fisi yang pernah ditemui.

Pelajaran dari Oklo Reactor

Satu penemuan mengejutkan dari Oklo adalah, tidak seperti reaktor fisi kami yang menghasilkan sisa toksik yang penting yang tidak ada yang mahu menyimpan (berfikir Yucca Mountain), Ibu Alam dengan selamat melupuskannya. Menurut penyelidik Wash U, reaktor semulajadi selamat menangkap sisa toksiknya (Xe dan Kr-85) dalam sebatian kimia, aluminofosfat:

Sangat menarik untuk berfikir bahawa reaksi nuklear semulajadi boleh mencapai keadaan kritikal, dan ia juga mampu menyimpan sisanya sendiri.

Pada nota akhir, ia memberi jaminan bahawa alam semula jadi yang berlaku U-235 tidak wujud pada hari ini dalam kepekatan yang diperlukan untuk memulakan atau mengekalkan reaktor nuklear semula jadi moden. Jadi, walaupun suatu hari nanti kita perlu menjalani satu lagi Chernobyl, sekurang-kurangnya kita tahu kita hanya menyalahkan diri kita sendiri. üòâ

Fakta Bonus:

• Tiga Pulau Mile, kemalangan loji kuasa nuklear berhampiran Middletown, Pennsylvania, adalah kemalangan tumbuhan kuasa paling serius dalam Sejarah A.S.. Ia menyebabkan tiada kematian dan tiada kecederaan kepada pekerja tumbuhan atau komuniti berdekatan. Ia masih menilai tahap 5 pada INES, walaupun ia sepatutnya hanya dinilai tahap 2.
• Jika anda berkhemah di kilang di Tiga Mile Island semasa kemalangan yang berlaku di sana pada tahun 1979, anda hanya menerima 80 pendengaran tambahan selama tempoh kemalangan. Untuk rujukan, jika anda pernah mempunyai x-ray tulang belakang anda, anda telah menerima kira-kira dua kali ganda hanya dalam beberapa saat dari x-ray. Jika anda berada sekitar sepuluh batu jauhnya dari reaktor semasa kemalangan itu, anda telah menerima kira-kira 8 millirem atau kira-kira radiasi pengionan setara dengan makan 800 pisang, yang secara semula jadi radioaktif. Tiada kematian / kanser / sebagainya yang diketahui. yang mengakibatkan kemalangan Pulau Tiga Mile.
• Reaksi orang ramai ke Pulau Tiga Mile sangat terlepas dari apa yang sebenarnya berlaku. Ini sebahagian besarnya disebabkan oleh maklumat yang salah dalam akhbar; salah faham radiasi pengionan di kalangan masyarakat umum; dan hakikat bahawa, tidak 12 hari sebelum ia berlaku, filem itu Sindrom China telah dibebaskan. Plot filem itu adalah reaktor nuklear yang tidak selamat dan hampir semua orang dalam filem itu tetapi salah satu watak utama cuba menutupnya. Sindrom China Konsep tajuk filem berasal dari premis bahawa jika teras reaktor nuklear Amerika meleleh, ia akan mencairkan melalui pusat Bumi ke China. Mengelilingi hakikat bahawa ia sebenarnya adalah Lautan Hindi yang berada di seberang bumi dari Amerika Syarikat, bukan China, dan masalah yang jelas dengan "melintasi bumi", ia tidak mungkin lebih baik filem berjangka sepanjang iklan percuma menerusi akhbar kerana kejadian Pulau Tiga Mile. Filem itu dinamakan untuk beberapa anugerah akademi, termasuk pelakon terbaik oleh Jane Fonda.
• Hebatnya, jika kita benar-benar mampu menukar perkara dengan sempurna kepada tenaga dengan 1 kg bahan yang telah dimusnahkan sepenuhnya, tenaga yang dihasilkan dari jumlah kecil bahan sekitar 42,95 mega ton TNT. Oleh itu lelaki dewasa yang beratnya sekitar £ 200 mempunyai tempat di sekitar 4000 megatons potensi TNT dalam perkara mereka jika benar-benar dimusnahkan.
• Ini adalah kira-kira 80 kali lebih banyak tenaga daripada yang dihasilkan oleh bom nuklear terbesar yang pernah diledakkan, Tzar Bomba, yang sendiri menghasilkan letupan kira-kira 1,400 kali lebih kuat daripada ledakan gabungan bom yang jatuh di Hiroshima dan Nagasaki.

• Untuk menggambarkan lebih lanjut, 1 megaton TNT, apabila ditukar kepada jam kilowatt, membuat kuasa yang mencukupi untuk menguasai rumah rata-rata Amerika selama kira-kira 100,000 tahun. Ia juga cukup untuk menguasai seluruh Amerika Syarikat selama lebih kurang 3 hari. Jadi 1 kg sesetengah perkara yang akan dihapuskan sepenuhnya akan dapat menguasai keseluruhan Amerika Syarikat selama kira-kira empat bulan. Seorang lelaki dewasa dewasa kemudian, apabila benar-benar dimusnahkan, akan menghasilkan tenaga yang mencukupi untuk menguatkan A.S. selama lebih kurang 30 tahun. Krisis tenaga diselesaikan.

  

• Pada skala yang benar-benar membingungkan, ledakan supernova tipikal akan memberi kira-kira 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000 megatons TNT. * cower di sudut *