כור גרעיני טבעי – הבדלי גרסאות

אורניום טבעי מכיל שלושה [[איזוטופ]]ים בריכוזים הבאים: 99.2745% [[אורניום-238]], 0.72% אורניום-235, ו-0.0055% [[אורניום-234]]. מתוכם, רק אורניום-235 הוא חומר בקיע, כלומר יש לו סיכוי סביר ליצור תגובת שרשרת גרעינית שבה [[נייטרון|נייטרונים]] שנפלטים באופן ספונטני בתהליך ה[[ביקוע גרעיני|ביקוע הגרעיני]] פוגעים ב[[אטום|אטומים]] נוספים וגורמים גם להם לעבור ביקוע. כאשר תגובת שרשרת מתרחשת אז היאגרעינית מהווה תהליך ביקוע מואץ שמכלה במהירות יחסית את מלאי האורניום-235, אך לצורך הצתתה דרושה כמות אורניום מספיק גבוהה. הקרויהכמות זו קרויה [[מסה קריטית]]., המסהוגודלה הקריטיתתלוי תלויהבריכוז בריכוזוהאיזוטופ שלהבקיע, אורניום-235,. וכיוםכיום, הריכוזריכוזו הנמוך שלו בעפרות אורניום טבעיות לא מאפשר הצתה של תגובת שרשרת טבעית., זווזו הסיבה לכך שיש צורך [[העשרת אורניום|להעשיר אורניום]], כלומר להגדיל את ריכוזו של אורניום-235, על מנת להשתמש בו בכורים גרעיניים או ב[[נשק גרעיני]].

הסימנים המרכזיים לקיומו של כור גרעיני טבעי קדום הם ריכוז נמוך של אורניום-235, והימצאות כמות גדולה של [[עפרה נדירה|עפרות נדירות]] שמהוות את תוצרי הביקוע המואץ שהתרחש בכור. ייתכן שבכור כזה נוצר גם [[פלוטוניום]]-239 בתהליך של [[לכידת נייטרון]] על ידי אורניום-238. סימניםאיזוטופ לדעיכהזה של פלוטוניום יכוליםדועך גםלאורניום-235, הםולכן להצביעאזורים עלשבהם קיומונוצר פלוטוניום יתאפיינו דווקא בריכוז גבוה של כוראורניום-235. עד היום, טרם נמצאו סימנים ברורים להיווצרות של פלוטוניום באוקלו או במקומות אחרים, ו[[יסוד כימי|יסוד]] זה עדיין נחשב קדוםמלאכותי.

הראשון ששיער כי כורים גרעיניים טבעיים התקיימו על פני [[כדור הארץ]] בעבר הרחוק היה פולפאול קורדה, שהעלה את הרעיון בשנת [[1956]] <ref> P. K. Kuroda, '''On the nuclear physical stability of the uranium minerals''', J. Chem. Phys., 25, 781-782, 1956. </ref>. בשנת [[1972]], במהלך בדיקות שגרתיות בעזרת [[ספקטרומטר מסות]] שנערכו ב[[צרפת]], נבדקו גם דוגמאות אורניום מהמכרה באוקלו שבגבון. באחת הדוגמאות, הריכוז של אורניום-235 היה נמוך במעט מהריכוז הרגיל שלו כיום; 0.717% של אורניום-235 בדוגמה מאוקלו לעומת 0.720% במקומות אחרים.

מלבד הריכוז הנמוך של אורניום-235, התגלו סימנים נוספים שמצביעים על פעילותם של כורים גרעיניים קדומים באוקלו. ריכוזי איזוטופים של מספר [[יסוד כימי|יסודות כימיים]] משתנים כתוצאה מתהליך של הביקוע הגרעיני. כך למשל, ניתן לצפות בכור גרעיני לכמות נמוכה של [[נאודימיום]]-142 וכמות גבוהה של נאודימיום-143, ובאוקלו אכן נמצאו ריכוזים כאלומתאימים. באופן דומה, ניתן לצפות שבכור גרעיני יהיה ריכוז גבוה של האיזוטופ [[רותניום]]-99, וריכוז גבוה שלו אכן התגלה באוקלו.

המים שימשו כמאט נייטרונים וקיומם היה הכרחי לצורך קיום תגובת השרשרת. בעת פעולת הכור השתחרר [[חום (פיזיקה)|חום]] רב ולאחר מספר דקות עד שעות החלו המים [[התאיידותרתיחה|התאדולרתוח]] ולהפוך ל[[קיטור]]. אז, פסק הכור לפעול משום שההסתברותשלא היו די מים על מנת להאט את הנייטרונים, וההסתברות של [[נייטרון מהיר|נייטרונים מהירים]] לשמור על תגובת שרשרת יציבה היא נמוכה. צורת פעולה זו התאפיינה ב"הדלקה" של הכור למספרלפרק שעותזמן מסוים ו"כיבויכיבויו" לפרק זמן אחר, שבו המים [[התעבות|התעבו]] מחדש והחלו שוב לשמש כמאטלהאט נייטרונים. בעזרת מדידת ריכוזי האיזוטופים השונים של [[קסנון]], שמהווים גם הם תוצרים של תהליך הביקוע הגרעיני, ניתן לשחזר את מחזור הפעולה של הכורים. מדידות אלו מראותהראו שזמן הפעולה הרצוף של הכורים בטרם התאדו המים היה חצי שעה, אחר כך הכור נכבה למשך שעתיים וחצי שבמהלכן הסלעים התקררו ו[[אד]]י המים החלו להתעבות, וחוזר חלילה<ref>A.P.Meshik et. al., [http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PRLTAO000093000018182302000001&idtype=cvips&gifs=yes Record of Cycling Operation of the Natural Nuclear Reactor in the Oklo/Okelobondo Area in Gabon], Phys. Rev. Lett. 93, 182302 (2004).</ref>

בחינה מדוקדקת של ריכוזי האיזוטופים השונים מאפשרת גם את בדיקת ההשתנות של [[קבוע המבנה העדין]] לאורך זמן. קבוע זה משפיע על קצב התרחשותם של תהליכים שונים, ובהם גם תהליכים [[פיזיקה גרעינית|גרעיניים]] שונים, והשוואת תהליכיםקצב כאלוההתרחשות של תהליכים שהתרחשומסוימים בעת פעולת הכורים באוקלו לקצב שלהםלקצבם כיום מאפשרת את מדידת השינוי בקבוע. כך למשל, קבוע המבנה העדין קובעמשפיע אתעל ההסתברות של לכידתללכידת נייטרון על ידי [[סמריום]]-149, שבמהלכו הוא והפיכתוהופך לסמריום-150. השוואת הריכוזים של שני האיזוטופים באוקלו לא הצביעה על שינוי בגודלו של הקבוע במשךמאז 2שפסקו הכורים לפעול, לפני 1.5 מיליארד השנהשנים, לכל האחרוניםהפחות<ref>Eugenie Samuel Reich,[http://www.newscientist.com/article/dn6092.html Speed of light may have changed recently], New Scientist, 30 June 2004.</ref>.