החימוש הגרעיני הפרה היסטורי: כורים גרעיניים מלפני 3 מיליארד שנה

בקטריות עתיקות מעידן הארכאיקון “יצרו” כורים גרעיניים טבעיים

אחמדיניג’ד מחפש בכל דרך לבנות כור גרעיני עובד. אז זהו. מסתבר שהידע לבניית כור גרעיני היה כאן על כדור הארץ לפני בערך 2 עד 3 מיליארד שנה ואצל בקטריות “טיפשות” ופרימיטיביות ביותר, שכל מה שהן ידעו לעשות זה פוטוסינתזה חמצנית. הכורים עבדו איזה כמה מליוני שנים והתוצרים נשמרו עמוק באדמה. יתכן שלכורים אלה היה תפקיד מכריע בהתפתחות החיים על פני כדור הארץ. בנוסף, מדענים מאמינים שכורים גרעיניים ספונטאניים לא יכולים להתרחש כיום, בגלל שהתרחשה ירידה ביחס האורניום 235. זה לא מה שהיה לפני שני מיליארד שנה, כאשר אז הטבע לא רק שנראה שיצר את הכורים הגרעיניים הראשונים, אלא גם מצא את הדרך להטמין בהצלחה את התוצרים עמוק באדמה בסלעי המשקעים ששמרו עליהם שלא יתפרקו במשך שני מיליארד שנה.

מחקר גיאולוגי שפורסם בכתב העת GSA Today מקנדה על ידי הגיאולוג לורנס קוגן והאוקיאנוגרף הכימאי ג’יי קולן, שניהם מאוניברסיטת ויקטוריה, מעלה שוב את נושא הכורים הגרעיניים שנוצרו על פני כדור הארץ בצורה טבעית. וכל זאת כדי לענות על השאלה: מה עיכב את החמצון הכולל של האטמוספרה בעידן הארכאיקון? התשובה היא ואולי האשמה היא, הבקטריות שעשו פוטוסינתזה חמצנית במעמקי האוקיינוסים ו”בנו” על כדור הארץ כורים גרעיניים טבעיים.

האם הנכם סבורים שבעידן הארכאיקון לפני קצת יותר משני מיליארד שנה, היה פה “גרוע יותר” מאשר עכשיו בעידן החימוש הגרעיני הצפון קוריאני והאיראני הפוסט מלחמה קרה? או אז היה פה צבא בקטריות שלם במעמקי הים בעלי כורים גרעיניים טבעיים שפזורים פה על פני כל כדור הארץ. זהו שלא היה יותר גרוע. כי לכורים הגרעיניים הטבעיים האלה ככל הנראה היה תפקיד מכריע ביצירת החיים על פני כדור הארץ. בכל זאת, נשמע מה יש למחקר החדש לומר לנו על תולדות החימוש הגרעיני בעידן הארכאיקון, כלומר, החימוש החמצני של אטמוספרת כדור הארץ, או אולי יהיו כאלה שיאמרו ההיסטוריה חוזרת…

כורים גרעיניים טבעיים על כדור הארץ לפני שני מיליארד שנה

הכל התחיל לפני כחמישים שנה. חוקר בשם קורודה העלה את האפשרות של קיומם של כורים גרעיניים טבעיים מוקדם בתולדות כדור הארץ:

P. K. Kuroda, “On the nuclear physical stability of the uranium minerals”, J. Chem. Phys., 25, 781-782, 1956.

ב-1972 צוות צרפתי בראשות הפיזיקאי פרנסיס פרין גילה מכרה במקום שקרוי אוקלו אשר בגבון במערב אפריקה. פרין גילה משהו לא רגיל במחצבה: ריכוז נמוך ביותר של כמות האורניום 235 שיכל לקיים תגובת שרשרת. נראה שהריכוז הנמוך לא התאים למקור מלאכותי אלא רק למקור טבעי. חשבו שאולי חלק מריכוז האורניום 235 החסר בכל זאת יכל להמצא?

Picture of mine

המכרה באוקלו מכאן

נוכחות של איזוטופים ואלמנטים מסוימים במקום יחד עם שכיחות נמוכה של אורניום 235 הציעו שהכור הגרעיני הוא טבעי ובנוסף שהוא היה קיים בעבר ולא היום. מצאו שאזורים אחרים הכילו שכיחות מעט גבוהה יותר של אורניום 235 והסיקו שאלה מייצגים את תוצרי הדעיכה של פלוטוניום 239, שנוצר על ידי לכידת ניטרון של אורניום 238 בעת פעילות הכור. ריאקציות דומות מתרחשות בכורים מודרניים, ואכן הן יוצרות את הבסיס ליצירת הפלוטוניום.

התוצרים היו שמורים משום מה היטב עמוק באדמה. הפסולת הוחזקה עמוק מתחת לגרניט וגילו על ידי תיארוך שהיא נשארה שם שני מיליארד שנה – ולכן היום מדענים מאוד מתעניינים באוקלו ובהתנהגות של תוצרים בעלי זמן חיים ארוך: כיצד יצירות הסלעים מתחת לקרקע שמרו על התוצרים? מחקר של התוצרים מאוקלו מסייע למדענים בשמירת הפסולת הגרעינית היום.

בסוף ניתן הסבר לפיו המחצבה באוקלו פעלה ככור ביקוע טבעי. הגיעו למסקנה שהתרחשה תגובת שרשרת המקיימת את עצמה על כדור הארץ לפני בערך שני מיליארד שנה. אחר כך נתגלו 15 כורי ביקוע טבעיים נוספים באותו האזור והם ידועים בשם הכולל: Oklo Fossil Reactors.

Cowan, G. A. 1976. “A Natural Fission Reactor,” Scientific American, 235:36.

ההסבר הוא שהכור הגרעיני מייצר כוח על ידי קיום של תגובת שרשרת גרעינית מבוקרת. כדי שהכור יקיים רמת פעילות קבועה, מספר הניטרונים שנוצרים כל פעם בליבת הכור צריך להיות שווה למספר הניטרונים שנבלעים (ולא יוצרים ביקוע) או שבורחים ממנה. כאשר אוכלוסיית הניטרונים בליבה נותרת קבועה הכור הוא קריטי. ליבת הכור מקוררת באמצעות מים, שגם מפקחים על עוצמת הכור. הניטרונים מהביקוע מתנגשים עם אטומי המים ומאבדים אנרגיה בכל התנגשות כזו. כך הניטרונים מואטים ויכולים לגרום לביקוע יעיל. המים גם מחזירים ניטרונים בורחים חזרה וכך הם מפחיתים את איבוד הניטרונים מאזור הדלק הניטרוני. כתוצאה אוכלוסיית הניטרונים גדלה אפקטיבית בליבה. לכן המים חיוניים לתפקודו של הכור.

מנגנון יצירת כורים גרעיניים טבעיים על כדור הארץ

המחקר הקנדי החדש מראה שלפני 2.5 עד 3 מיליארד שנה, בעידן הארכאיקון, לפני החמצון הכולל של האטמוספרה, הופיעו על פני כדור הארץ בקטריות פוטוסינטתיות חדשות. הם החלו בתהליך הפוטוסינתזה החמצנית ויצרו את גז החמצן כתוצר לוואי. אורגאניזמים אלה בתחילה התקיימו באגנים ימיים חדשים ומבודדים. מרבית החמצן מטבע הדברים נמצא באותה העת באגנים האלה וכך המים היו מחומצנים.

בעידן ההאדן באטמוספרה האנאוקסית (נטולת החמצן) אורניטיט (מינרל שמורכב מאורניום מחומצן UO2) נוצר והתנדף מסלעים וולקאניים לעבר פני אגני המים. כך הייתה אספקה של אורניום ברגע שהמים נעשו מחומצנים. הפוטוסינתזה החמצנית העשירה מקומית את החמצן על פני המים. המים המחומצנים פרקו את האורניטיט, תוך טיהורו, ובסוף השתחררה שכבת אורניום 235 רדיואקטיבית בקצות האגן.

כאשר הצטבר נפח קריטי מספיק של אורניום 235 התחילה תגובת שרשרת. או אז השתחררה קרינת ניטרונים. המים שימשו כמאט נייטרונים בזמן תגובת השרשרת. ניטרוני הביקוע נוצרים באנרגיות גבוהות ולכן צריך להאט אותם כדי שהם יהיו אפקטיביים בכלל כמשרים לתהליך הביקוע. אולם בעת פעולת הכור השתחרר חום רב. כתוצאה זה גרם למים לרתוח. במצב זה המים לא היו במצב נוזלי יותר כדי להאט את הנייטרונים. היה צריך לכן לחכות שעתיים וחצי עד שהסלעים התקררו והמים התעבו מחדש, ואז הם שוב קררו את הניטרונים. וכך חוזר חלילה. לכן הכורים פעלו במחזוריות למשך חצי שעה עם הפסקות של שעתיים וחצי. החוקרים טוענים שהיה מספיק אורניום 235 בעידן הארכאיקון כדי שיתקיימו מיליוני כורים כאלה למשך מיליוני שנים.

דעיכת הכורים הגרעיניים הטבעיים

הכורים ספקו מקורות חום, קרינה מייננת ורדיקאלים חופשיים. בנוסף הם יצרו איזוטופים רדיאוקטיבים נוספים קצרי וארוכי חיים ותוצרי לוואי נוספים. החוקרים לא שוללים את האפשרות שתוצרי לוואי אלה אף ספקו פידבק שלילי וסייעו להגביל את ההתרבות של הבקטריות בעידן הארכאיקון. ירידה בהתרבות של הבקטריות בסופו של דבר גרמה לירידה בפוטוסינתזה החמצנית, וכך נוצרה ירידה הדרגתית בשכבות האורניום 235. כתוצאה מזה ארעה גם הפחתה ביצירת כורי הביקוע הרדיואקטיביים הקריטיים אחר כך במהלך העידן הפרוטרוזואיקון הקדום, שבא אחרי העידן הארכאיקון.  

למה לא ניתן ליצור כור גרעיני ספונטאני היום?

לסיכום, מה ניתן ללמוד מעידן ההאדן, הארכאיקון, והפרוטרוזואיקון? אם נגרש את כל בני האדם מכדור הארץ וניישב אותו שוב בבקטריות קדומות שעושות פוטוסינתזה חמצנית, לא נוכל לייצר (כמו פעם) כורים רדיואקטיביים טבעיים. וכל זאת למה? כי אם מישהו רוצה לגדל בקטריה וכור גרעיני עליו לדעת, שמדענים מאמינים שכורים גרעיניים ספונטאניים לא יכולים להתרחש כיום. הסיבה היא הירידה ההדרגתית שארעה בשכבות ובפרופורציה של האורניום 235. זה לא מה שהיה לפני שני מיליארד שנה, כאשר אז הטבע לא רק שנראה שיצר את הכורים הגרעיניים הראשונים, אלא גם מצא את הדרך להטמין בהצלחה את התוצרים עמוק באדמה בסלעי המשקעים ששמרו עליהם שלא יתפרקו או יתפשטו על ידי מי המעמקים במשך שני מיליארד שנה.

ראו המאמר כאן. 

Advertisements

0 thoughts on “החימוש הגרעיני הפרה היסטורי: כורים גרעיניים מלפני 3 מיליארד שנה

  1. אני חושש שפיספסת את הסיבה המרכזית לכך שאין היום כורים ספונטניים, והיא זמן מחצית החיים השונה של אורניום 238 (כ 5 מיליארד שנה) לעומת אורניום 235 (רק כחצי מיליאד שנה). מכיוון שרוב האורניום על פני כדור הארץ לא מתחדש, אחוז האורניום 235 הולך ויורד. בלי קשר לבקטריות או כל המצאות אחרות של הטבע.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s