Естественный ядерный реактор.
В 1972 г в Пьерлате обнаружили отклонение в изотопном составе урана 0,7171% вместо 0,7202% 235U . Из-за малой разности масс изотопов геохимия такое изменение объяснить не может.
В 1970 г пришли к выводу, что 1,74109 лет назад в Габоне (Африка ) в течение многих тысяч лет поддерживалась СЦР
Задача. Определить 5x. T1/2 (235U) = 7.04108 лет T1/2 (238U) = 4,47109 лет. 3%
1,83
Описание месторождения
В дельте реки на базальтовой подложке осадочный песчаник. Глубина залегания 600-900 м.
Гранит с концентрацией урана 410-6г/г под действием в оды и ветра превращается в песок и глину. Насыщенная кислородом горячая вода выщелачивает уран . Когда кислород расходуется на окисление железа и органики и среда становится щелочной, соединения урана выпадают в осадок и накапливаются во вмещающей породе , например в дельте реки. Уран находится в виде урановых минералов, как примесь к другим минералам, в межзерновых швах и т. д. Массовая концентрация урана может достигать 40% -60%
Месторождение содержит 4105 тонн урановой руды, содержание которой особенно высоко в карманах, часто имеющих форму линз длиной порядка 10 м и 1 м в диаметре. В некоторых линзах концентрация руды достигает 85%, ( при средней концентрации U3O8 – 20% ) а концентрация 235U не превосходит 0.5% вместо стандартных 0.714% Изотопная концентрация содержащихся в руде редких элементов резко отлична от нормальной и соответствует ркеакторной.. Возраст месторождения определён по соотношению 87Rb – 87Sr.
Трансураны остаются в решетке UO2, играющей роль матрицы. ( нет экологических проблем )
Оценим возможность СЦР в предлагаемых обстоятельствах.
Оценка k¥ в гомогенной смеси урановой руды с песком и водой.
Состав и сечения материалов рудного тела
Материал и объёмная доля |
Хим. состав |
Плотность г/см3 |
Сечение поглощения S см-1 |
Вода 0.3 |
H2O |
1 |
6,610-3 |
Песок 0.5 |
SiO2 |
2 |
0,810-3 |
Руда 0.2 |
U3O8 |
8.3 |
8110-3 |
Для расчета используем ядерные данные для тепловых нейтронов в барнах :
238sa = 2.7, 235sa = 680, 235sf = 580 , Hsa = 0.33, Sisa = 0.16, Osa = 0, Hss = 20, OsS = 3.7, SisS = 2, UsS = 8.9 ,
Замедляющая способность воды - xSs =1.4 см-1 , Обогащение по 235U – %.
=
0,92
Вероятность избежать резонансного поглощения
Формула для вычисления величины р – вероятности избежать резонансного поглощения в топливе при замедлении нейтрона в результате упругого рассеяния на ядрах замедлителя,
где Sрез – макроскопическое сечение поглощения замедляющихся нейтронов топливом, равное произведению концентрации ядер топлива на микроскопический резонансный интеграл Iрез, который равен усредненному по спектру замедляющихся нейтронов значению сечения поглощения нейтронов топливом в резонансной области энергий. Iрез зависит от отношения концентраций ядер замедлителя и поглотителя Y (разбавления). Величину разбавления характеризуют сечением разбавления, понимая под ним сечение рассеяния замедлителя, отнесенное к одному ядру урана. Для естественного урана при очень большом разбавлении Iрез = 280 барн, для урана без замедлителя – 15 барн.
Iрез б |
280 |
100 |
36 |
Y |
¥ |
103 |
102 |
Y = 185
Интерполяция Iрез @40 б
Примем, что замедление только на воде xSs = 0,3(xSs)H2O = 0,42
рез = 0.14
p - 0,72
k¥ = pf - 1,21
СЦР в в тех условиях возможна.