Teknoloji
Moderator
"Bu mümkün olamaz."
Mayıs 1972'de fizikçi Francis Perrin'in aklından geçen düşünce buydu. Perrin, Güney Fransa'daki bir nükleer yakıt işleme tesisinde koyu renkli bir uranyum cevheri parçasını inceliyordu. Afrika'da Gabon'daki bir madenden çıkarılan bu uranyum örneği, bilim insanlarının doğal uranyum hakkında bildiği her şeye meydan okuyan bir sır barındırıyordu.
Normalde uranyum, uranyum-238, uranyum-234 ve oldukça önemli olan uranyum-235 gibi izotopların tutarlı bir oranından oluşuyor. Yerkabuğunun genelinde uranyum-235'in oranı yüzde 0,720 olarak sabit. Ancak Gabon'dan alınan bu örnek sadece yüzde 0,717 oranında uranyum-235 içeriyordu. Bu küçük bir sapma olsa da, alarm vermek için yeterliydi. En basit açıklama, uranyumun fisyona uğramış olmasıydı. Ama bu doğal bir örnek olduğuna göre, bu nasıl gerçekleşmiş olabilirdi?
Birisi uranyumla oynamış mıydı? Bu, eski, bilinmeyen bir uygarlığın işi miydi? Yoksa belki de daha tuhaf bir şey mi söz konusuydu?
Akdeniz bir zamanlar kupkuruydu! Her şey nasıl değişti?
Doğada fisyon
Bilim insanları araştırmaya devam ettikçe durum daha da karmaşıklaştı. Gabon'un Oklo bölgesinden alınan bazı uranyum örneklerinde uranyum-235 oranı daha da düşüktü ve yüzde 0,4'e kadar iniyordu. Bu, istatistiksel bir tesadüften öte bir durumdu; cevherde köklü bir değişiklik olduğunu gösteriyordu. İleri analizler, uranyumun gerçekten de nükleer reaktörlerde kullanılan aynı süreç olan fisyona uğradığını ortaya çıkardı. Ancak bu ne insan müdahalesinin ne de yabancı bir türün sonucuydu. Kanıtlar, iki milyar yıl önce meydana gelen bir olaya işaret ediyordu. Birdenbire, akıl almaz bir şey ortaya çıktı: Doğa, kendi nükleer reaktörünü yaratmıştı. Fransa, o zamanlar sömürgesi olan Gabon'dan yaklaşık 40 yıl boyunca uranyum madenciliği yapmıştı. Fransa önemli bir nükleer güçtü ve uranyumu hem kendi ülkesinde hem de Avrupa'nın başka yerlerinde elektrik üretmek için kullanıyordu. Gabon'un Oklo kasabası yakınlarında uranyum yataklarının keşfedilmesi, heyecan verici bir haberdi ancak kimse, en azından başlangıçta, gerçekte ne keşfedildiğini tam olarak anlamamıştı. Perrin bu garip örneği işte böyle analiz etti. O ve meslektaşları, bunun Dünya henüz genç bir gezegenken füzyona uğramış doğal bir örnek olduğunu doğruladı.
İnsan yapımı nükleer fisyon reaktörleri, uranyum-235 atomlarının nötronlar tarafından bölünerek enerji ve daha fazla nötron açığa çıkardığı, bu nötronların da başka atomları bölmeye devam ettiği bir zincirleme reaksiyonunu dikkatle kontrol ederek çalışıyor. Bu reaksiyonu sürdürmek için, uranyum-235 konsantrasyonunun artırıldığı "zenginleştirilmiş uranyum" kullanılıyor. Bu tür reaktörlerin oluşturulması ileri teknoloji, hassas mühendislik ve titiz güvenlik protokolleri gerektiriyor. Doğada öylece ortaya çıkmasını bekleyebileceğiniz bir şey değil.
Yine de, milyarlarca yıl önce Oklo'da doğa, kontrollü bir fisyon reaksiyonunu sürdürmek için doğru uranyum konsantrasyonu, su ve jeolojik istikrarın kombinasyonunu kendiliğinden sağlamıştı.
Doğal bir reaktör nasıl oluşturuluyor?
1956 yılında Paul K. Kuroda adında bir kimyager, doğru koşullar altında doğal fisyon reaktörlerinin oluşabileceğini öngördü. Çalışması bir miktar ilgi gördü, ancak koşullar pek olası görünmediği ve çok az insan (eğer varsa) böyle bir şey bulmayı gerçekten beklediği için anında büyük bir yankı uyandırmadı.
Kuroda, doğal bir nükleer fisyon reaksiyonunu sürdürmek için uranyum yatağının en az 0,66 metre kalınlığında olması gerektiğini tahmin etti. Eğer yatak bundan daha küçük olursa, kritik kütleye ulaşamaz. Ayrıca yatakta yeterince uranyum-235 bulunması gerekiyordu.
İki milyar yıl önce uranyum-235, bugün olduğundan çok daha boldu. O zamanlar doğal uranyumun yaklaşık yüzde 3'ünü oluşturuyordu; bu oran, modern nükleer reaktörlerde kullanılan zenginleştirilmiş uranyuma benzer bir seviyedeydi. Tıpkı modern reaktörlerde olduğu gibi, nötronları yavaşlatmak ve fisyonu daha olası hale getirmek için bir "moderatöre" ihtiyaç vardı. Oklo'da yeraltı suyu bu kritik rolü üstlendi. Su, nötronları yavaşlatarak sürekli bir zincirleme reaksiyonunu kolaylaştırdı.
6 aydır süren vızıltı depremin işareti mi? Mide bulantısı yarattı: 'Hayatı sorgulatıyor'
Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı'nda uranyum üretiminden sorumlu ekip lideri Peter Woods, "İnsan yapımı hafif su nükleer reaktöründe olduğu gibi, nötronları yavaşlatacak, onları ılımlı hale getirecek herhangi bir şey olmadan fisyon reaksiyonları basitçe duruyor. Oklo'da su, nötronları emerek zincirleme reaksiyonu kontrol eden bir moderatör görevi gördü" dedi.
Ayrıca nötronları emen ve fisyonu durduran bor veya lityum gibi elementlerin bulunmaması gerekiyordu. Neyse ki Oklo'nun yatakları bu tür ‘kirleticilerden’ yoksundu ve reaksiyonun devam etmesine olanak sağladı. Bu koşullar mükemmel bir şekilde bir araya geldiğinde, sonuç doğal bir nükleer reaktör oldu.
Oklo'daki antik reaktör sürekli çalışmıyordu. Araştırmacılar kayaları tarihlendirerek ve geçmişteki faaliyetleri analiz ederek, Oklo reaktörünün döngüler halinde çalıştığını buldu.
Yeraltı suyu uranyum yataklarına sızdıkça, nötronları yumuşatarak fisyonun gerçekleşmesini sağlıyordu. Reaksiyon suyu ısıtıyor ve sonunda buhar olarak kaynatıyordu. Nötronları ılımlı hale getiren su olmadığında, reaksiyon duruyordu.
Alıntı Metni
Bölge soğuduktan ve daha fazla yeraltı suyu içeri sızdıktan sonra reaksiyon yeniden başlıyordu. Bu döngü daha sonra yüz binlerce yıl boyunca tekrarlandı. Oklo reaktörü üzerine yapılan bir araştırma ile şu sonuca varıldı:
"Birkaç yüz bin yıl boyunca yaklaşık 15 bin megavat-yıl fisyon enerjisi üretildi, bu da bin 500 MW'lık büyük bir reaktörün on yıl boyunca çalışmasına eşdeğer."
Başka hiçbir yere benzemeyen doğal bir alan
Bu doğa olayına ilişkin haberler hızla yayıldı. 1975 yılında dünyanın dört bir yanından fizikçiler Gabon'un Libreville kentinde Oklo Fenomeni olarak bilinen olayı tartışmak üzere bir araya geldi. Keşif oldukça çarpıcıydı. Doğanın, insanlar hayal bile edemeden çok önce nükleer güçte ustalaştığı ortaya çıkmıştı. Yine de, bazı teorik tahminler gözlemlerle uyumlu olsa da, neler olup bittiğini kanıtlamak kolay değildi. Doğal olarak çalışan dört nokta vardı ve hepsi de aynı jeolojik yapıdaydı.
Bu bulmacaları çözmenin anahtarı beklenmedik bir kaynakta yatıyordu: Ksenon gazı. Oklo'daki minerallerin içine hapsolmuş bu inert (aktif olmayan) gaz, bir zaman kapsülü görevi görüyordu.
Nükleer fisyon sırasında farklı ksenon izotopları oluşuyor ve bunların oranları, fisyonun hangi koşullar altında gerçekleştiğini ortaya çıkarabilir. Fizikçi Alex P. Meshik, bu ksenon izotoplarını inceledi ve bunların reaktörün kararlılığına dair ipuçları taşıdığını buldu. Sıkışmış ksenon, reaktörün fisyon reaksiyonlarının son derece kararlı olduğunu, yeraltı suyu seviyeleri değiştikçe devreye girip çıktığını gösteriyordu.
Dünya'nın oksijeni ne zaman 'tamamen' tükenecek?
Ksenon ayrıca reaktörün nihayetinde nasıl kapandığını da ortaya çıkardı. Zamanla uranyum-235 kademeli olarak tüketilmiş ve yakıt kaynağı, fisyonu sürdürmek için gereken kritik eşiğin altına düşmüştü.
Bugün Oklo'daki uranyum madenleri tükenmiş olsa da, dünyanın bilinen tek doğal nükleer reaktörlerinin mirası yaşamaya devam ediyor. Oklo reaktörlerinin örnekleri Viyana Doğa Tarihi Müzesi gibi müzelerde korunuyor ve ziyaretçiler burada doğanın fisyon reaktörü tarafından üretilen kayaları görebiliyor.
Başka doğal reaktörler de olabilir, sadece onlar henüz bulunamadı.