У истоков человечества

Как известно, производством урановых концентратов занято в капиталистическом мире всего пять стран: ЮАР, Австралия, Канада, США, Франция, причем две из них (ЮАР и Франция) ведут это производство в Африке. Любопытная история произошла недавно во Франции (Смагин, 1978). 7 июня 1972 г. при обычных анализах урана, поступившего на обогатительную фабрику одного из городов Франции, обнаружилось, что изотопа-235 (это и есть ядерное топливо) там несколько меньше. Разница была совершенно незначительной — всего лишь 0,003%, но тем не менее она привлекла внимание технологов. Обогащение урана — операция очень ответственная, дорогостоящая, поэтому необходимо было точно выяснить причину такого необычного отклонения от нормы.

Проанализировав все ступени сложного производства, физики наконец добрались до первоисточника. Им оказалась исходная руда, добытая в африканском месторождении Окло. Теперь это название, которое было известно лишь узким специалистам, стало весьма популярным. Еще бы — в Окло человечество впервые столкнулось с ядерным реактором, «изготовленным» самой природой. Но почему ученые считают, что это реактор?

Причиной единодушия послужила арифметика. Изотопный состав урана абсолютно стабильный для всех минералов, будь они земного происхождения, метеоритного, даже лунного. А тут ученые впервые столкнулись с нарушением постоянства изотопного состава.

В число природных постоянных входит и соотношение изотопов урана (²³⁵U/²³⁸U). Обычно на один атом ²³⁵U приходится 139 атомов ²³⁸U. Такое соотношение ученые наблюдали во всех урановых минералах, во всех горных породах и природных водах Земли, а также в лунных образцах. А вот в Окло оно оказалось иным.

Месторождение в Окло пока единственное, зарегистрированное в природе, где это постоянство оказалось нарушенным. Предположение, что уран-235 «выгорел», как это бывает в топках атомных электростанций, поначалу прозвучало как шутка, хотя для того имелись весьма серьезные основания. Специальная экспедиция ученых, исследовавшая место происшествия, установила, что многие миллионы лет назад здесь действительно «работал» природный ядерный реактор.

История создания ядерного реактора выглядит примерно так: сначала в дельте древней реки образовался богатый урановой рудой слой песчаника толщиной до 10 м и шириной более полукилометра. Покоилась урановая руда на крепком базальтовом ложе, и долгое время никаких чудес не происходило. Сигнал к «действию» был подан очередным землетрясением, обычным явлением в то бурное время. Базальтовый фундамент будущего реактора опустился на несколько километров, потянув за собой урановый слой. Жила растрескалась, в трещины проникла грунтовая вода. Затем очередное тектоническое движение подняло всю «установку» до современного уровня, как бы предлагая ее для осмотра удивленному человечеству: после спуска и подъема ничем не примечательные залежи урановой руды стали ядерным реактором!

Схема атомного котла (он же ядерный реактор) при всех технологических тонкостях довольно проста. Уран располагается в особой среде — замедлителе. Источник энергии — ядра урана, делящиеся под действием нейтронов. При этом рождаются новые нейтроны, которые в свою очередь могут стать инициаторами процессов деления. Необходимо лишь, чтобы они уменьшили свою естественную скорость деления.

На атомных электростанциях в качестве замедлителя используют тяжелую воду (дейтерий) или графит. А природа «выбрала» обычную воду, которую современные инженеры считают непригодной, поскольку она поглощает часть нейтронов и уменьшает мощность реактора. Здесь же вода послужила хорошим замедлителем. Атомный реактор — это в общем укрощенная атомная бомба. Взрыва в нем не может быть потому, что внутри его заложен механизм саморегулирования. Когда цепная реакция приближается к опасному неуправляемому уровню, резко повышается температура, скорость нейтронов в связи с этим возрастает, и реакция приостанавливается. Температура падает, в реакторе снова начинается ускорение реакции, и так до тех пор, пока не выгорит все «топливо», т. е. пока не иссякнут запасы урана в этом концентрированном месторождении.

Вероятные пути расселения первобытного человека и его стоянки

В атомных топках АЭС топливо располагается компактными массами внутри замедлителя. В Окло тоже в руде появились глинистые «линзы», где концентрация урана от обычных 0,5% повысилась до 40 %. Как образовались компактные глыбы урана, точно не установлено. Возможно, их создали фильтрационные воды, которые уносили глину и сплачивали уран. Как только концентрация урана в слоях достигла критических размеров, в них возникла цепная реакция, и «установка» начала работать.