Doğal nükleer reaktörler: Dünya’nın 2 milyar yıllık sırrı

Doğal nükleer reaktörler, insanlığın atomu denetim altına almasından yaklaşık iki milyar yıl evvel Dünya’nın derinliklerinde kendiliğinden oluşmuştu. Bu şaşırtan olgu, Afrika kıtasındaki Gabon’un Oklo bölgesinde keşfedildi ve çağdaş nükleer fizik anlayışını kökten etkiledi. Günümüzde hâlâ araştırılan bu yapıların varlığı, gezegenimizin jeolojik ve kimyasal geçmişine dair eşsiz ipuçları sunuyor.

İşte Oklo’da nükleer fisyonu mümkün kılan jeolojik ve kimyasal şartlar:

1972 yılında Fransa’daki Eurodif uranyum sürece tesisinde yapılan rutin tahliller, bu keşfin başlangıç noktası oldu. Gabon’dan gelen uranyum cevherlerinde olağandan düşük oranda uranyum-235 izotopu tespit edildi. Bu durum, birinci bakışta küçük bir fark üzere görünse de nükleer fizik açısından son derece kritik bir mana taşıyordu. Zira uranyum izotop oranları tabiatta sabit kabul edilir ve bu tıp bir sapma fakat nükleer fisyonla açıklanabilirdi.

Keşfin akabinde yapılan ayrıntılı incelemeler, Oklo’daki kayaçların sırf tek bir tepkiye değil, uzun periyodik ve tekrarlayan nükleer süreçlere sahne olduğunu ortaya koydu. Fizikçi Francis Perrin’in dikkat çektiği %0,003’lük uranyum-235 farkı, zincirleme nükleer tepkilerin gerçekleştiğine dair güçlü bir delil sundu. Daha sonra yapılan izotop tahlilleri, fisyon sonucu ortaya çıkan elementlerin açık izlerini taşıyordu. Bu bulgular, Oklo’nun aslında birden fazla doğal nükleer reaktör barındırdığını doğruladı.

Viyana Tabiat Tarihi Müzesi’nde koruma edilen Oklo kaya örnekleri, bu sürecin nasıl mümkün olabildiğini anlamak açısından büyük kıymet taşıyor. Müzenin küratörlerinden Ludovic Ferrière’e nazaran, uranyum cevherinin kendi kendine fisyona uğramasından diğer mantıklı bir açıklama bulunmuyor. İki milyar yıl evvel doğal uranyumun uranyum-235 oranı yaklaşık %3 düzeyindeydi ve bu oran, günümüz nükleer santrallerinde kullanılan yakıt zenginleştirme bedellerine epey yakındı. Lakin tek başına bu oran kâfi değildi; süreci mümkün kılan asıl öge yeraltı suyuydu.

Yeraltı suyu, Oklo’daki doğal nükleer reaktörlerde moderatör yani nötron yavaşlatıcı vazifesi gördü. Fisyon sırasında açığa çıkan süratli nötronlar, su içindeki hidrojen atomları sayesinde yavaşlatılarak yeni fisyonları tetikledi. Tepki ilerledikçe açığa çıkan ısı suyu kaynattı ve moderatör tesirini ortadan kaldırarak sistemi süreksiz olarak durdurdu. Ortam soğuduğunda ise su tekrar kayaçların ortasına sızdı ve süreç tekrar başladı. Bu döngü, yüz binlerce yıl boyunca aralıklı formda devam etti.

Uluslararası Atom Gücü Ajansı’ndan Peter Woods, Oklo’daki sistemin çağdaş hafif su reaktörleriyle şaşırtan benzerlikler taşıdığını belirtiyor. Nötronların denetimsiz kaldığı durumlarda tepkilerin resen durması, bugün kullanılan nükleer güvenlik prensipleriyle örtüşüyor. Bu tarafıyla Oklo, sırf jeolojik değil, birebir vakitte mühendislik açısından da öğretici bir örnek sunuyor.

Bugüne kadar Oklo ana yatağı ve Bangombé etrafında en az 15 doğal nükleer reaktör tespit edildi. Her biri faal olduğu periyotlarda yaklaşık 100 kilovat termal enerji üretti. Bu paha çağdaş santrallerle kıyaslandığında düşük olsa da büsbütün doğal süreçlerle ortaya çıkmış olması açısından son derece etkileyici. Ayrıyeten 2011 yılında yayımlanan akademik çalışmalarda Oklo fenomeni, 20. yüzyılın en şaşırtan bilimsel keşiflerinden biri olarak tanımlandı.

Günümüzde emsal bir doğal nükleer reaktörün oluşması mümkün görünmüyor. Zira doğal uranyumdaki uranyum-235 oranı %0,7 düzeylerine kadar düşmüş durumda ve bu oran zincirleme tepki için yetersiz. Lakin Oklo bölgesi, hâlâ hem uranyum madenciliği hem de nükleer güvenlik ve atık depolama araştırmaları açısından kıymetli bir referans noktası olmayı sürdürüyor.

Kaynak : Donanimhaber