O mistério de um reator nuclear de 2 bilhões de anos na África

Imagine descobrir que o primeiro reator nuclear não foi construído pelo homem, mas pela própria natureza, há dois bilhões de anos.

Foi exactamente isso que aconteceu em 1972, quando uma equipa de cientistas franceses analisou uma amostra de minério de urânio de uma mina em Oklo, no Gabão, e descobriu que continha uma proporção de urânio-235 inferior ao normal.

O urânio-235 é o isótopo que pode sofrer fissão nuclear, o processo de divisão de átomos para liberar energia. Os cientistas perceberam que a única explicação possível para esta anomalia era que o minério de urânio fazia parte de um reator nuclear natural que funcionou num passado distante.

“Depois de mais estudos, incluindo exames no local, descobriram que o minério de urânio havia sofrido fissão por conta própria”, disse Ludovic Ferrière, curador da coleção de rochas do Museu de História Natural de Viena, onde uma parte da curiosa rocha será colocada. apresentado ao público em 2019. “Não houve outra explicação.”

Como funcionou esse reator nuclear natural? E o que podemos aprender com isso hoje?

O reactor Oklo foi um dos 17 reactores naturais que se formaram numa região do Gabão há cerca de dois mil milhões de anos, quando a concentração de urânio-235 na crosta terrestre era muito maior do que hoje.

Os reatores estavam localizados em uma camada de arenito que continha ricos depósitos de minério de urânio. O arenito também atuou como filtro natural para as águas subterrâneas, que desempenhou um papel crucial na moderação da reação nuclear.

A água é um bom moderador porque retarda os nêutrons que são liberados durante a fissão e aumenta a probabilidade de causarem mais fissão em outros átomos de urânio. Isto cria uma reação em cadeia que sustenta a geração de energia nuclear.

“Como num reator nuclear de água leve artificial, as reações de fissão, sem nada que desacelere os nêutrons, para moderá-los, simplesmente param”, disse Peter Woods, líder da equipe responsável pela produção de urânio na AIEA. “A água atuou em Oklo como moderadora, absorvendo os nêutrons, controlando a reação em cadeia.”

No entanto, se o nível da água estiver muito alto, ela também poderá absorver muitos nêutrons e interromper a reação. Foi o que aconteceu em Oklo, onde o nível das águas subterrâneas flutuou ao longo do tempo, criando um mecanismo de feedback natural que regulou a produção de energia do reator.

O reator Oklo funcionou de forma intermitente durante centenas de milhares de anos, produzindo cerca de 100 quilowatts de energia, o suficiente para acender 1.000 lâmpadas.

A potência do reator variava dependendo do nível da água, produzindo pulsos de energia a cada três horas, em média. O reator também gerou diversos subprodutos radioativos, como plutônio, neodímio, rutênio e xenônio.

Alguns destes subprodutos foram utilizados como prova para confirmar a existência do reator natural, pois correspondiam aos produtos de fissão esperados de um combustível de urânio-235.

O reator Oklo não é apenas um exemplo incrível da engenhosidade da natureza, mas também uma valiosa fonte de informação para a ciência e engenharia nuclear modernas. Uma das lições mais importantes que podemos aprender com Oklo é como armazenar resíduos nucleares com segurança por longos períodos de tempo.

Os subprodutos radioactivos do reactor natural estiveram notavelmente bem contidos no depósito de minério original durante dois mil milhões de anos, com fugas ou migração mínimas para o ambiente circundante. Isto mostra que as formações geológicas podem fornecer barreiras eficazes para isolar os resíduos nucleares da biosfera.

Outra lição que podemos aprender com Oklo é como projetar reatores nucleares mais eficientes e sustentáveis ​​para o futuro. O reator natural tinha uma taxa de utilização de combustível muito alta, o que significa que extraía a maior parte da energia do minério de urânio antes de este se esgotar.

O reator natural também teve um impacto ambiental muito baixo, pois não produziu gases de efeito estufa ou outros poluentes. Além disso, o reator natural era autorregulado e autoestabilizador, sem exigir qualquer intervenção humana ou sistemas de controle.

O reactor de Oklo é um lembrete de que a natureza já faz experiências com energia nuclear muito antes de nós e que podemos beneficiar do estudo dos seus segredos e soluções.