Bí ẩn bên trong lò phản ứng hạt nhân tự nhiên đầu tiên và duy nhất trên Trái Đất được hình thành từ 2 tỷ năm trước
Tuy nhiên, sau hàng nghìn năm duy trì, lò phản ứng hạt nhân tự nhiên đầu tiên được con người phát hiện ra đang dần yếu đi.
Trước khi con người biết đến và tạo ra các lò phản ứng hạt nhân để phục vụ nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng, tự nhiên đã đi trước chúng ta hàng tỷ năm. Từ thời kỳ mà Trái Đất còn bị thống trị bởi vi khuẩn, thiên nhiên đã tự mình tạo ra lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên hành tinh.
Vào tháng 5/1972, một nhà vật lý tại nhà máy xử lý hạt nhân ở Pierrelatte, Pháp, tình cờ phát hiện điều bất thường trong các mẫu uranium. Thông thường, các mỏ quặng uranium tự nhiên bao gồm ba loại đồng vị: uranium-238, uranium-234 và uranium-235. Trong số này, uranium-238 là phổ biến nhất, uranium-234 rất hiếm, còn uranium-235 chiếm khoảng 0,72% – một tỷ lệ nhỏ nhưng vô cùng quan trọng vì nó là loại đồng vị có thể duy trì phản ứng hạt nhân khi được làm giàu vượt quá 3%.
Tuy nhiên, khi phân tích các mẫu quặng từ mỏ Oklo ở Gabon, châu Phi, các nhà khoa học nhận thấy uranium-235 chỉ chiếm 0,717%. Con số này tưởng chừng như không chênh lệch quá lớn, nhưng đối với lĩnh vực năng lượng hạt nhân, đây là một bất thường khó lý giải.
Theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA): "Các mỏ uranium tự nhiên ngày nay đều chứa khoảng 0,720% uranium-235. Dù khai thác từ vỏ Trái Đất, đá trên Mặt Trăng hay các thiên thạch, tỷ lệ này vẫn giữ nguyên. Nhưng mẫu quặng từ Oklo lại chỉ chứa 0,717%".
Trong quá trình điều tra, các nhà khoa học đã phát hiện thêm các mỏ quặng trong khu vực với hàm lượng uranium-235 thậm chí thấp hơn, chỉ khoảng 0,4%. Phát hiện này càng làm tăng thêm sự bí ẩn xung quanh mỏ quặng Oklo. Ban đầu, giả thuyết được đưa ra rằng những mỏ uranium này từng trải qua phản ứng phân hạch hạt nhân tự duy trì. Tuy nhiên, các phân tích sau đó cho thấy uranium tại đây đã trải qua quá trình phân hạch tự nhiên cách đây hơn 2 tỷ năm.
Theo các nghiên cứu sơ bộ, Bodu và các cộng sự (1972) nhận định rằng sự thiếu hụt uranium-235 tại Oklo có thể là kết quả của phân đoạn đồng vị hoặc chuỗi phản ứng tự nhiên. Báo cáo từ Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ sau đó đã xác nhận giả thuyết này thông qua việc phân tích các đồng vị đất hiếm bất thường do phân hạch, cùng với sự xuất hiện của phổ krypton-xenon - dấu hiệu điển hình của quá trình phân hạch uranium-235.
Điều kiện để xảy ra một phản ứng tương tự như vậy ngày nay là rất khó đạt được, bởi hàm lượng uranium-235 trong quặng tại thời điểm đó cao hơn nhiều so với hiện tại. Ngoài ra, sự hiện diện của nước ngầm đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì phản ứng, giống như cách nước được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân hiện đại để làm chậm neutron sinh ra từ quá trình phân hạch. Khi nước trong khu vực nóng lên và bốc hơi, neutron không còn bị làm chậm và thoát ra ngoài khiến phản ứng tạm thời ngừng lại. Khi nước nguội đi và thấm trở lại vào quặng, chu kỳ phản ứng được kích hoạt một lần nữa.
Sau hàng nghìn năm duy trì, lò phản ứng hạt nhân tự nhiên đầu tiên được con người phát hiện ra đang dần yếu đi, để lại dấu vết về một hiện tượng khoa học đầy kỳ thú trong lịch sử Trái Đất.
Dịch: IFL Science
>> Trung Quốc xây lò phản ứng hạt nhân cung cấp năng lượng cho tàu sân bay
