Egy atomreaktor működéséhez három tényező együttállása szükséges: kell természetesen hasadóanyag, azaz urán, ildomos lennie egy neutronforrásnak, ami a láncreakciót beindítja, valamint kell még valamilyen moderáló anyag, ami a neutronokat olyannyira lelassítja, hogy azok hasítani tudjanak. 2 milliárd évvel ezelőtt pedig e három körülmény együttesen volt jelen a nyugat-afrikai Gabon területén, így jött létre az Oklónak keresztelt reaktor. Neve a bantu nyelvből származik, pontos jelentése ismeretlen.
Egy megdöbbentő felfedezés
1972-ben, 30 évvel a chicagói atommáglya meggyújtása után, Francis Perrin, francia fizikus meghökkentő eredményeket mutatott be egy konferencián: egy gaboni kőzet mintában 0,717%-os U-235-ös izotóp tömegkoncentrációt talált a Földön megszokott 0,7204%-os helyett. Eleinte illegális nukleáris tevékenységre gyanakodtak, később azonban érdekes dologra kellett rádöbbenniük: a pár század százalékos deficit természetes eredetű.
Hogyan jöhetett létre az Oklo?
A válasz arra, hogy oly sok évvel ezelőtt miért valósulhatott meg ez a természeti jelenség, ma pedig már – a földi élővilág igen nagy szerencséjére – ez hogyan vált elképzelhetetlenné, a radioaktivitásban rejlik. A maghasadás üzemanyaga, az urán ugyanis nem csak hasadni képes, hanem radioaktív is. Ennek következtében pedig egyre csökken annak az izotópnak a koncentrációja, ami a fisszióban részt tud venni, hiszen folyamatosan bomlik. Míg ma már csak 0,7204%-át teszi ki az U-235 a bolygó uránérc tartalékainak, addig ez a szám az Oklo beindulásakor 3,5% volt. A napjainkban a természetben együttesen egy helyen lévő 235-ös izotóp már messze nem lenne elég ahhoz, hogy láncreakció alakuljon ki, 3,5%-os mennyiséggel viszont már fenntartható a maghasadás. A képletben szereplő neutronforrás pedig szintén maga az urán volt, amely bomlása során neutronokat bocsát ki a környezetébe.
A víz szerepe
Kellett azonban még egy igen fontos dolog ahhoz, hogy az 1942-es chicagói atommáglya csak második legyen a planéta első működő reaktorainak sorában. A modern reaktorokban számos anyag lassíthatja az üzemanyagban száguldozó neutronokat, alkalmaznak berilliumot, grafitot, ólmot, különböző sókat, de akár légnemű anyagokat is: héliumot, széndioxidot. A legevidensebb közeg azonban, amit moderátorként fel lehet használni, nem más, mint a hőn szeretett dihidrogén-oxid (víz). Víz pedig akadt – reménységeink szerint még jó sokáig akadni is fog – bőven. Oklo 2000-ig uránbányaként üzemelt, a paleoproterozoikumban azonban egy olyan képződmény volt, amelyben volt egy vízzáró réteg, afölött pedig víz lepte el a 235-ös izotópban gazdag ércet.
Pulzáló reakció
A víz tehát lelassítja annyira a neutronokat – úgy mondjuk, hogy termalizálja őket – hogy azok el tudják hasítani az urán atommagját. Ez a folyamat hőtermeléssel jár, ezért tudunk vele ma villamos áramot termelni. A hő azonban felmelegítette az oklói uránt ellepő vizet, az pedig forrásba kezdett. A forrásban lévő víz már nem tudja olyan hatékonyan moderálni a neutronokat, így a láncreakció megszakadt. Ha azonban megszakad a láncreakció, akkor a hőtermelés is abbamarad, a víz lehűl, és újra képes lesz jó hatásfokkal moderálni. Ha pedig van moderátor, mehet ismét a maghasadás! Ez az oszcilláló működés így ment sok százezer évig. A tudósok úgy becsülik, hogy a reaktor ezen ciklusai 3 órásak voltak: 30 perc kellett a víz felforrásához, majd további 2 óra 30 perc a lehűléséhez. Ebben az üzemben a 17 zónával rendelkező Oklo kb. 100 kW-os teljesítménnyel működött, ilyen energiatermelést produkál például a BME oktatóreaktora.
Oklo hatása a tudományos világra
A kutatók azt állapították meg, hogy a maghasadások melléktermékeit természetes szerves vegyületek kötötték meg, ezáltal azok nem szennyezték a környezetet. Ez hasonló a mai, modern nukleáris hulladék tárolási technikákhoz, ahol mérnöki gátakat alkalmaznak a radioaktív anyagok a környezettől való elszigetelésére. Az Oklo helyszínéről származó kőzetmintákat ma már kiállításokon lehet megtekinteni, bécsi Természettudományi Múzeum éppen egy ilyen pontja a Nagyvilágnak.
