Kisah Afrika, di mana gorila, buaya dan ... reaktor nuklear dijumpai

Kisah Afrika, di mana gorila, buaya dan … reaktor nuklear dijumpai

Nick. Pahit
"Sains dan Kehidupan" №10, 2014

Kisah saintifik lain Nick. Gorky lihat dalam "Sains dan Kehidupan" № 11, 2010, № 12, 2010, № 1, 2011, № 2, 2011, № 3, 2011, № 4, 2011, № 5, 2011, № 6, 2011, № 9, 2011, No. 11, 2011, No. 6, 2012, No. 7, 2012, No. 8, 2012, No. 9, 2012, No. 10, 2012, No. 12, 2012, No. 1, 2013, No. 11, 2013, No. 1, 2014, No. 2, 2014, No. 3, 2014, No. 7, 2014, No. 8, 2014.

Planet kita adalah reaktor nuklear yang besar, yang panasnya tersimpan di kedalaman bumi di bawah lapisan kerak bumi. Para saintis membuktikan bahawa kira-kira dua bilion tahun yang lalu, reaktor atom semulajadi, tentu saja kuasa yang jauh lebih kecil, bekerja di permukaannya. Satu lagi kisah saintifik Nick. Penderitakan bagaimana untuk membuat penemuan ini.

Suatu petang di rumah tetamu Dzintara muncul – Professor Hao Sean, ahli sains Cina yang terkenal, rakan lama dan rakan sekelas puteri.

Curious Galatea bertanya kepada tetamu semasa makan malam:

"Apa kisah dongeng awak tahu?"

– Kisah dongeng? – Mata Professor Hao menjadi gaya Eropah.

"Ya, Ratu Nikki selalu menceritakan kisah baru ketika dia tiba." Dan juga anaknya, Michael.

– Kisah macam apa yang dikatakan Michael? tanya profesor itu.

"Mengenai bujur geografi dan bagaimana masalah ini diselesaikan oleh pengawal dan ahli astronomi," jelas Andrei.

– Oh, inilah beberapa cerita dongeng yang anda dengar! – Tetamu menjadi bijak, tetapi dengan cepat mendapatinya.- Saya juga tahu satu cerita yang saya suka, dan saya sering menceritakannya bukan sahaja kepada kanak-kanak, tetapi juga kepada orang dewasa.

– Apa maksudnya? tanya Galatea.

– Ini adalah cerita tentang Afrika, di mana ada gorila, buaya dan … reaktor nuklear. Ia bermula di Perancis. Negara ini menerima tiga perempat daripada elektriknya daripada loji kuasa nuklear. Dan bahan api untuk mereka diekstrak dari bijih uranium, yang dibawa dari Afrika. Sampel bijih uranium disiasat di makmal kilang tumpuan uranium di Pierlat di Perancis. Setelah itu, pada tahun 1972, penganalisis tugas mendapati perubahan dalam komposisi isotop dari uranium yang dibawa dari Gabon: kandungan uranium-235 dalam campuran semulajadi dari isotop tiga (-234, -235 dan -238) menurun berbanding standard dari 0.720 ke 0.717%.

Di dalam lubang terbuka deposit uranium Oklo di negara Gabon di Afrika, lebih daripada sedozen zon ditemui, di mana reaktor atom semula jadi telah beroperasi 1.8-2 bilion tahun yang lalu. Foto dari jdlc.curtin.edu.au

– Oh! – mengganggu Profesor Galatea. – Apakah isotop uranium?

Hao Sean berfikir, tertanya-tanya bagaimana untuk menjawab soalan mudah itu.

– Uranium berbeza daripada jirannya dalam jadual berkala kimia dengan caj dan massa … Nukleus atom setiap elemen, contohnya oksigen, besi, uranium, terdiri daripada dua jenis zarah – neutral dan dikenakan.Zarah neutral adalah neutron, dan yang dikenakan adalah proton. Sifat kimiawi unsur bergantung pada bilangan proton dalam nukleus, yang datanya dinetralkan oleh jumlah elektron yang dikenakan negatif di orbit di sekeliling nukleus. Tetapi bilangan neutron dalam nukleus boleh berubah, dan ini praktikal tidak menjejaskan sifat kimia unsur-unsur.

Reaktor nuklear semulajadi yang terputus dalam urat uranium Oklo. Batu kuning – oksida uranium. Foto: Robert D. Loss / Curtin University of Technology

Sekiranya kita menyiasat uranium semulajadi yang ditambang di Afrika atau di tempat lain, kita akan melihat jumlah proton yang sama di semua nukleus uranium, tetapi tidak semuanya sama dalam jumlah neutron: sesetengah nukleus mengandungi lebih banyak neutron, yang lain kurang. Nukleus uranium yang berlainan dalam jisim dipanggil isotop. Dalam nukleus uranium-235 terdapat 92 proton dan 143 neutron, dan di inti uranium-238 terdapat 92 proton dan 146 neutron.

1 – zon bahagian; 2 – batu pasir; 3 – lapisan uranium bijih; 4 – granit. Imej: Wikipedia "border = 0>

Bahagian geologi reaktor nuklear alam Oklo: 1 – zon bahagian; 2 – batu pasir; 3 – lapisan uranium bijih; 4 – granit. Imej: Wikipedia

Jadual berkala menghuraikan semua unsur kimia yang terdapat di alam semula jadi dan meletakkannya mengikut bilangan proton dalam nukleus, yang menentukan sifat kimia mereka.Tetapi jika, dari segi kimia, isotop yang berlainan unsur yang sama hampir sama, maka sifat nuklearnya boleh sangat berbeza. Nukleus komposisi yang berbeza mempunyai kestabilan yang berbeza: terdapat unsur-unsur isotop yang stabil, atau bertahan lama, dan terdapat sangat tidak stabil, radioaktif. Semua isotop uranium adalah radioaktif, tetapi uranium-235 melancarkan lebih cepat daripada rakan sejawatannya, uranium-238, jadi ada sedikit yang tersisa. Adakah anda tahu di mana uranium berasal dari Bumi?

– Kita tahu! – Kanak-kanak menjawab serentak. – Dari tempat yang sama di mana besi muncul dalam darah kita – dari letupan supernova!

– Betul! Letupan supernova bukanlah jenaka. Aliran neutron yang berkuasa jatuh pada nukleus besi dan unsur-unsur lain menduduki tengah-tengah jadual berkala yang telah terkumpul di bintang pada akhir hayatnya. Inti zat besi mendapat satu neutron tambahan, yang kedua, yang ketiga … Dan jika neutron tambahan ini dapat menjalani pembakaran radioaktif dan menjadi proton, nukleus mula mengubah tuduhan, sifat kimia dan tempat dalam jadual berkala – ini adalah bagaimana nukleus berat unsur pada akhir jadual, seperti uranium. Isotop uranium yang berbeza terbentuk, secara kasar bercakap, sama.

Penyelidikan reaktor nuklear Octopus di Switzerland. Foto: Robin Scagell / SPL.

Apabila letupan supernova berhenti, awan yang dipancarkan gas akan merebak melalui ruang dan menyejukkan, menetap di tempat di mana bentuk badan angkasa baru. Beribu-ribu tahun yang lalu, ini berlaku di tempat pembentukan Matahari dan planet-planet Sistem Suria, di mana uranium berasal dari bintang-bintang lain mengikut skema yang sama. Tetapi sejak uranium tidak stabil, dari masa ke masa ia menjadi kurang dan kurang, dan isotop uranium-235 yang paling pendek dalam uranium bijih hampir hilang, hanya 0.720% – perkadarannya terdapat dalam semua bijih uranium di Bumi dan dalam sampel lunar tanah dan meteorit.

Mengikut nisbah baki isotop uranium dan produk pembusukan mereka, ahli fizik nuklear dapat menganggarkan usia planet kita. Mereka sampai pada kesimpulan bahawa jika neutron terkena nukleus uranium, ia boleh dibahagikan kepada dua serpihan – nukleus elemen dari tengah-tengah jadual berkala. Nukleus anak perempuan seperti ini lebih terikat ketat daripada nukleus uranium, sebab itu lebihan tenaga akan dikeluarkan apabila pembelahan uranium.

Apabila orang menguasai tenaga pembelahan nuklear, mereka adalah yang pertama menggunakan tenagatidak dilahirkan di Matahari, kerana semua sumber tenaga lain – minyak, gas, arang batu dan kayu api – mewakili tenaga Matahari terkumpul dalam bahan mudah terbakar dan terkumpul di Bumi dalam sejarahnya yang panjang.

Sebilangan kecil tenaga letupan supernova, yang pernah disimpan dalam nukleus uranium, masih berkhidmat kepada manusia di Bumi. Haba yang dihasilkan oleh rod uranium di dalam reaktor nuklear memanaskan air, menjadikannya wap, dan stim memusingkan turbin loji kuasa (dalam erti kata lain, loji tenaga nuklear berbeza dari kuasa haba hanya dengan sumber haba).

Bumi adalah reaktor atom besar. Gunung berapi Hawaii, stim memusnahkan dan lava – akibat tindak balas nuklear bawah tanah. Gambar oleh pengarang.

Untuk operasi loji janakuasa nuklear, isotop uranium-235 terutamanya diperlukan. Terasnya adalah yang paling stabil, iaitu, lebih lemah daripada nukleus uranium-238. Nukleus uranium-235 boleh dibahagikan dengan pengeboman neutron yang perlahan. Neutron cepat juga boleh menyebabkan pembelahan nuklear kedua-dua isotop 235 dan 238, tetapi kebarangkalian proses sedemikian kecil.

Selalunya, uranium semulajadi diperkaya sebelum dimasukkan ke dalam reaktor, menyaring beberapa atom dari isotop 238 dengan cara yang istimewa.Sekarang anda faham mengapa isotop 235 dalam uranium semula jadi sangat penting.

– Kami faham! – Andrey menjawab untuk dua orang. "Tetapi kita tidak faham mengapa uranium-235 nukleus boleh dibahagikan dengan neutron perlahan, dan 238 tidak boleh dibahagikan? Dan mengapa kebarangkalian pembelahan nuklear oleh neutron perlahan lebih daripada yang cepat?

"Untuk menjawab soalan-soalan sedemikian, kisah dongeng kami perlu dibentangkan untuk sekurang-kurangnya enam bulan," Profesor Hao tersenyum. – Dalam kes ini, ia akan dipanggil "Kursus Fizik Nuklear."

Aliran lava dari gunung berapi Hawaii, dipanaskan oleh haba atom. Gambar oleh pengarang.

– Tetapi beritahu saya sekurang-kurangnya di mana neutron berasal dari pembelahan nukleus uranium? Lagipun, supernova berdekatan tidak meletup!

– Ia hanya mudah. Apabila pemisahan setiap nukleus uranium, dua atau tiga neutron baru dibebaskan, dan ia boleh digunakan untuk menyebabkan pembelahan nukleus tetangga. Dalam erti kata lain, nukleus fisi uranium sendiri menghasilkan neutron yang terlibat dalam pembelahan nukleus yang lain. Ini dipanggil tindak balas rantai nuklear.

Profesor membuat jeda soal sindiran, tetapi tiada soalan kanak-kanak baru diikuti. Mengomel dengan bantuan, dia meneruskan:

– Mengikut ukuran yang diperolehi di makmal di Pierlat pada tahun 1972, peratusan uranium-235 dalam batuan bijih uranium yang dikaji bukanlah 0.720%, tetapi 0.717%.Kita bercakap mengenai perbezaan tiga ribu peratus! Tetapi ahli kimia melihat kekurangan ini. Ternyata pada zaman purba, seseorang di Afrika membakar bahan api uranium dalam reaktor nuklear dan menggunakan sebahagian daripada isotop 235 berharga.

Galatea dan Andrew dengan gembira bertukar pandangan, dan Hao tersenyum.

– Mungkin, anda segera memikirkan alien kuno? Untuk mengatasi masalah ini, ekspedisi pergi ke Afrika, yang mendapati hampir dua bilion tahun yang lalu, reaktor nuklear purba beroperasi di Gabon dalam urat uranium deposit Oklo, yang mengubah komposisi isotop daripada bijih. Ternyata reaktor atom – kira-kira dua dozen dari mereka yang ditemui di Gabon – tidak dicipta oleh orang asing, tetapi secara semula jadi itu sendiri. Dua bilion tahun yang lalu, kandungan mudah uranium-235 mudah mencapai tiga peratus. Selain itu, vena uranium di Gabon terletak berhampiran dengan sungai, dan air, seperti yang kita ketahui, adalah moderator neutron semulajadi. Neutron yang dihasilkan oleh pembelahan nuklear adalah pantas. Untuk mengatur tindak balas rantai, mereka perlu melambatkan, iaitu mengurangkan kelajuan mereka. Air bertindak sebagai penyederhana sedemikian dalam reaktor yang dihasilkan oleh manusia dan alam semula jadi.

Sekali di tebing sungai Afrika, penghancuran nukleus uranium dalam urat semulajadi menimbulkan neutron, mereka mengurangkan kelajuan mereka dengan mengalir melalui tanah basah, dan berkongsi nukleus uranium-235 yang lain, menyebabkan peluruhan baru. Akibatnya, vena uranium ketebalan satu meter dipanaskan selama setengah jam untuk kuasa haba seratus kilowatts …

– Ini adalah kuasa kira-kira seratus bilik electrofireplaces! – kata Andrew.

"… sehingga air bawah tanah mendidih dan menyejat." Tanpa moderator, reaktor dipadamkan dan disejukkan selama dua setengah jam. Kemudian air sekali lagi menembusi urat uranium retak melalui retak, dan kitaran itu diulang lagi.

Paul Kuroda, yang dilahirkan di Jepun dan kemudian menjadi seorang profesor Amerika di University of Arkansas, meramalkan kemungkinan kewujudan reaktor atom semulajadi di masa lalu, apabila tahap radioaktiviti batuan darat jauh lebih tinggi dari sekarang, pada pertengahan abad kedua puluh. Kuroda menganggap pencarian mereka sebagai masalah hidupnya dan terus mengkaji masalah itu, walaupun penipuan ahli kimia lain. Dua dekad kemudian, hipotesis Kuroda telah disahkan, dan dia menjadi terkenal.

Reaktor atom semulajadi yang diramalkan oleh Kuroda berasal dari urat uranium kecil di mana reaksi rantai uranium fisi mungkin.Bumi adalah reaktor atom besar, panas yang menghangatkan planet kita pada keadaan lebur, yang masih dipelihara di bawah lapisan kerak bumi pepejal. Vulkanisme dan pergerakan tektonik plat benua adalah manifestasi luar haba atom yang dilepaskan di dalam dunia. Sekiranya bukan untuknya, kehidupan di planet dengan usus sejuk tidak mungkin timbul. Dan sekarang kita hidup di atas permukaan reaktor atom daratan, berjemur dalam sinar reaktor termonuklear solar.

Sebelum manusia menemui reaktor nuklear semulajadi, ramai saintis, termasuk Enrico Fermi, percaya bahawa reaktor atom hanyalah pencapaian seorang lelaki rasional.

– Dan berapa lama reaktor alam Afrika berfungsi? tanya Galatea.

– Ratusan ribu tahun! – jawab hao. – Dari segi kebolehpercayaan reaktor nuklear, orang juga mempunyai sesuatu untuk belajar dari alam semula jadi.

… Galatea membayangkan merungut sungai Afrika berhampiran tebing pasir. Tiba-tiba ada wisel dan desiran, dan jet air panas mula melanda dari pasir. Reaktor atom yang diperolehi! Air mancur telah memukul untuk waktu yang lama, tetapi secara beransur-ansur hilang – reaktor mula sejuk.Ia mengambil masa dua setengah jam, dan pancutan wap sekali lagi menyerang pasir dan memukul langit. Ini tidak bertahun-tahun dan tidak selama berabad-abad, tetapi beratus-ratus ribu tahun …

– Ia begitu besar bahawa penyimpangan yang tidak penting dalam komposisi bijih itu tidak disedari! – kata Andrew.

Hao menggelengkan kepalanya.

– Saya selalu menggesa saintis muda untuk melihat dan berhati-hati menyiasat semua penyelewengan yang tidak biasa dari model atau idea yang sedia ada. Jangan terlepas apa-apa yang tidak dapat difahami! Malah percanggahan kecil antara teori dan eksperimen boleh menjadi dorongan untuk penemuan sesuatu yang baru dan penting. Selalunya, saintis tidak mempunyai kekuatan untuk berpisah dengan teori yang hampir tidak berfungsi. Dia sentiasa "membaikinya" seperti kereta lama: ia mencampakkan sayap berkarat dengan varnis dan memberitahu semua orang bahawa dia akan tergesa-gesa. Dan kereta itu masih tidak pergi. Dan data baru mendedahkan lebih banyak lubang dalam teori, dan kehidupan tidak lulus dalam mencari kebenaran, tetapi dalam penggiliran pembohongan. Hanya ahli sains yang sebenar tidak menyembunyikan kelemahan teorinya, tetapi secara terbuka membincangkannya, dengan harapan dapat mencari penyelesaian.

– Sesuatu yang tidak begitu mirip dengan cerita anda tentang kisah dongeng … – Dzintara memerah.

– Bagaimanapun, ia sangat menarik, dan ini penting! – mengadili profesor Galatea.

Paul Kuroda (1917-2001) – seorang ahli kimia yang dilahirkan di Jepun dan berhijrah ke Amerika Syarikat pada tahun 1949. Secara matematik dikira kerja reaktor atom semulajadi dan meramalkan kemungkinan kewujudan reaktor tersebut pada masa lalu.

D.I Mendeleev (1834-1907) – ahli kimia Rusia yang hebat, yang menemui kekerapan dalam sifat kimia unsur-unsur dan meletakkannya dalam jadual (Jadual Berkala).

Enrico Fermi (1901-1954) – ahli fizik Itali-Amerika yang cemerlang, pemenang Hadiah Nobel pada tahun 1938. Salah satu pencipta reaktor atom pertama.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: