Oklo 2 Milyar Yıllık Doğal Nükleer Reaktör

Dünyanın ilk ve tek doğal nükleer reaktörü olan Oklo Orta Afrika ülkesi Gabon’da bulunuyor ve 100 kilovatsaatlik termal güç üretecek kapasiteye sahip bulunuyor. Peki 1972’de keşfedilen ve Uranyum atomunu parçalayarak güç üreten Oklo reaktörü Çernobil nükleer kazasında olduğu gibi patlayarak çevreye ölümcül radyasyon saçabilir mi? Yerkabuğundaki radyoaktif elementleri ve doğal reaktörlerin nasıl çalıştığını görelim.

Oklo reaktörünün kaynağı nedir?

Dünya gezegeni 4,54 milyar yıl önce sayılamayacak çok çakıl taşı ve milyarlarca asteroidin çarpışmasıyla yalnızca 5 milyon yıl içinde oluştu. Bebek Dünya’nın lav denizleriyle kaplı olduğu Hades Devri jeolojik takvim açısından kısa sürdü ama bu sırada yerkabuğu 1000 derece sıcaklıktaydı. Gezegenin iç kesimleri ise üst katmanların ezici etkisiyle bugünkünden çok daha sıcaktı.

Kısacası Dünya ergimiş bir küre iken yüksek sıcaklığın etkisiyle farklılaştı. Demir, nikel, uranyum ve toryum gibi ağır elementler dibe çökerek çekirdeği oluşturdu. Ancak, Dünya’nın katmanlı yapısı volkanik faaliyetler ve depremler görülmesine de yol açtı. Böylece yerkabuğunda bugün nükleer reaktörler ve nükleer silahlarda kullandığımız uranyum rezervleri birikti.

Nitekim yerkabuğu, manto ve çekirdeğin 4,5 milyar yıl sonra bile bu kadar sıcak olmasını radyoaktif elementlere borçluyuz. Uranyum, toryum ve kobalt bozunurken ısı üretiyor. Bu da gezegenimizin alttan ısınmasına yol açıyor. Aksi takdirde Dünya’nın ortalama sıcaklığı bugünkü gibi 15 derece değil, 0 derece olurdu ve Türkiye’deki bayıltıcı yaz sıcaklarını asla göremezdik.

Orta Afrika ülkesi Gabon’da bulunan doğal nükleer reaktör ise uranyumun doğal bozunma hızından çok daha hızlı şekilde parçalandığı nadir bir doğa olayıdır. Dünya’da bilinen ilk ve tek doğal nükleer reaktördür ki nasıl çalışır derseniz her şey 1972 yılında başladı. Fransa nükleer silah programı uyarınca sömürgesi olan Gabon’daki uranyum rezervlerini kullanıyordu. Ancak, bilim insanları korkutan bir keşif yaptılar. 16 siteden oluşan Oklo madenlerinde sandıklarından daha az uranyum vardı!

Nükleer silahlar için uranyum

Tam 6 nükleer bomba yapmaya yetecek kadar uranyum eksikti ve bu fizikçileri telaşlandırdı. Akılları almasa da teröristlerin uranyum çaldığını düşündüler. Normalde uranyum yerkabuğunda üç izotop halinde bulunur. İzotoplar nötron sayısı normalden farklı olan atom çekirdekleridir ve bu da çekirdeğin kütle dağılımını dengesizleştirerek onları radyoaktif yapar. Ancak, nükleer silah üretiminde ağırlık ölçüde uranyum 235 izotopu kullanılır. Peki Fransızların kayıp uranyumu nereye gitmişti?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Oklo uranyum izotopu oranları

Oklo’daki kayıp uranyumu bulmak için ilk dikkat etmek gereken şey her uranyum madeninin farklı oranlarda farklı uranyum izotopları içerdiğidir. Bazı madenlerinden uranyum 235 daha boldur. Oklo’da beklenen uranyum 235 oranı binde 72’diydi. Oysa sadece on binde 717 oranında uranyum 235 buldular. Bu da 200 kg uranyumun kayıp olduğu anlamına geliyordu. Bilim insanları olayı birkaç hafta araştırdıktan sonra kayıp uranyumu asla bulamayacaklarını anladılar; çünkü 2 milyar ila 1,7 milyar yıl önce yok olmuştu. Oklo madenleri doğal bir nükleer reaktörün sönmüş kalıntısıydı.

Nükleer fizikçiler ve yerbilimciler bazı özel şartlar altında Dünya’da doğal reaktörler oluşabileceğini biliyordu. Anlaşılan Oklo bu şartların birçoğunu karşılıyordu: 1) Nükleer reaktörler için kolay bölünen bir atoma ve atomları bölecek nötronlara ihtiyacınız vardır. 2) Atomların bölünme hızı ne yavaş ne de hızlı olmalıdır. Yavaş olursa kendi kendine işleyen zincirleme nükleer tepkime olmaz. Hızlı olursa o reaktör değil bombadır.

Doğal nükleer reaktörlerin süper nadir olmasının sebebi ise nötron hızının ince ayar gerektirmesidir. Örneğin elinizde bölünmeye hazır radyoaktif element olması yetmez. Reaktördeki atom çekirdekleri nötronların kolayca çarparak parçalayabileceği kadar büyük ve dengeli olmalı. Ayrıca nötronlar çok hızlı giderse atom çekirdeklerini ıskalar ve çok yavaş giderse bu kez de çekirdekleri parçalayamaz. Nükleer reaktörlerde kontrol çubukları vb. ile nötron hızını düzenleriz.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Oklo kendine ayar yapıyordu

Doğal nükleer reaktörler ise rastlantıyla ince ayar yapmalı. Kolay gelsin diyeceğim ama Oklo’ya kolay gelmiş: 2 milyar yıl önce Oklo reaktöründe uranyum 235 oranı yüzde 3’tü. Bu da bugünkü yakıt çubuklarındaki orana denkti. Nötron da boldu; çünkü uranyum zamanla toryuma bozunur ve bu sırada çevreye nötron saçar. Kısacası uranyum 235 diğer kardeşlerini parçalayacak olan nötronları da açığa çıkarır. Ayrıca Oklo madenindeki yeraltı suyu nötronları yavaşlatan doğal tampon görevi gördü.

Peki sistem 1,5 milyar yıldan uzun süre nasıl çalıştı ve nötron hızını nasıl kontrol etti derseniz: Parçalanan uranyum 235 sayısı arttıkça nötron sayısı arttı. Su nötronları yavaşlatarak reaksiyonu hızlandırdı ama bu sırada ısındı. Yeraltı suyu yarım saatte kaynayıp buharlaşmaya başladı. Böylece nötron hızını kesme işlevini yitirdi ve hızlı giden nötronlar uranyum 235 parçalayamaz oldu. Aç-kapa usulü bu denge binlerce yıl boyunca, uranyum rezervleri neredeyse tümüyle tükenene dek sürdü.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Oklo güç kapasitesi

Oklo nükleer reaktörü 100 bulaşık makinesini milyarlarca yıl boyunca çalıştıracak kadar güç üretti ama 1 milyar yıl önce insan türü yoktu. Bu nedenle Dünya’nın nükleer enerjisi boşa gitti. Buna karşılık olarak kaliteli hoparlör mıknatısı ve diğer ileri endüstriyel uygulamalarda kullanılan neodimyum metalini üretti. Uranyum 235’in bozunmasıyla ortaya çıkan neodimyum (kısaltması Nd), atom sayısı 60 ve atom ağırlığı 144,3 olup seryumdan daha sert olan 6,96 yoğunluğundaki bir elementtir. 1885 yılında keşfedilmiştir.

Ancak, Oklo’da durum biraz farklıydı. Normalde neodimyum yatakları yüzde 27 oranında neodimyum 142 izotopu içerir ama bu oran Oklo’da yalnızca yüzde 3’tü. Doğal reaktör daha çok neodimyum 143 içeriyordu ve bu da neodimyumun uranyum bozunmasıyla oluştuğunu kanıtlıyordu.

Benzer bir durum rutenyum elementi için de geçerliydi. Atom numarası 44 olan bu element periyodik tabloda geçiş metalleri bölümünde bulunur ve gümüş renginde, sert, pürüzlü bir metaldir. Oklo’daki rutenyum 99 izotopları yüzde 27-30 oranında olup bu da yüzde 12,7 olan normalin iki katından fazladır.

Bunun nedeni de teknesyum 99 elementinin rutenyum 99’a bozunmasıydı ama rutenyum 100 oranı düşüktü; çünkü nükleer reaktörde oluşan molibden izotoplarının yarı ömrü 10 bin katrilyon yıldı. Rutenyum 100 de molibden izotoplarının bozunmasıyla oluştuğu için düşük oranda kalmıştı.

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

Peki ne önemi var?

Bu ayrıntılar iki açıdan önemli: 1) Molibden, rutenyum ve neodimyum oranları Oklo’nın doğal bir uranyum 235 reaktörü olduğunu anlamamızı sağladı. 2) Oklo 2 milyar ile 1,7 milyar yıl önce faaldi. Biz de izotop oranlarına bakıp uranyum 235’in ne hızla parçalandığını ölçtük.

Bu da temel yüklü parçacıklar arasındaki elektromanyetik kuvvetin etkileşim ölçüsünü belirleyen ince yapı sabitini test etmemizi sağladı. İnce yapı sabitinin evren oluştuğundan beri değişmemiş olması gerekiyor ama 4 temel fizik kuvvetini birleştirmek isteyen bazı teorilerde değişebilirdi. Ancak, Oklo bize başka açılardan da sürpriz yaptı:

Nükleer reaktörlerin sönmüş yakıtından oluşan nükleer atıkların en tehlikeli yanı sezyum izotopları içermesidir. Oysa Oklo’da bulunan rutenyum atomları sezyumu tamponlayarak çevreyi kirletmesini önledi. Rutenyum endüstriyel ölçekte kullanamayacağımız kadar nadir. Ancak, salt kâr odaklı olmak yerine aynı zamanda çözüm odaklı olursak temiz nükleer enerji üretebileceğimizi de gösteriyor. Gördüğünüz gibi doğal reaktör Oklo bize parçacık fiziği ve kozmoloji hakkında çok şey öğretti.

Siz de evrensel sabitlerin kökenini fizikte tanrı var mı yazısında görebilir ve 4 fizik kuvvetinin evreni oluşturan büyük patlama anındaki yüksek sıcaklıklarda nasıl birleştiğine bakabilirsiniz. Periyodik tablodaki en ağır element olan oganesson 118’i yakından tanıyarak Çernobil nükleer kazasının nasıl gerçekleştiğini öğrenebilirsiniz. Dünya’da bulunmayan elementler içeren en garip yıldızları okuyup Akkuyu santrali gerçekten güvenli mi diye sorabilirsiniz.

Doğal nükleer reaktör Oklo

¹Natural Nuclear Reactor Oklo and Variation of Fundamental Constants Part 1: Computation of Neutronics of Fresh Core
²Lutetium thermometry for Oklo natural reactors: a new look at old data
³Oklo reactors and implications for nuclear science