Réacteur de fission nucléaire naturel du Gabon, Afrique de l'Ouest

Réacteur de fission nucléaire naturel du Gabon, Afrique de l'Ouest

En mai 1972, dans une usine d'enrichissement d'uranium en France, des scientifiques examinant le minerai d'une mine au Gabon, en Afrique de l'Ouest, ont découvert qu'un réacteur nucléaire naturel s'était spontanément manifesté dans cette région du passé primordial de la Terre, produisant en continu une énergie d'environ 100 kW depuis quelques centaines de milliers d'années, il y a environ 1,7 milliard d'années.

Pour comprendre comment est né le réacteur nucléaire naturel, il est utile de comprendre un peu l’histoire et la science des réactions nucléaires.

Réactions nucléaires en bref

Selon la Commission internationale de l'énergie atomique (AIEA), il existe plus de 400 centrales nucléaires en activité dans plus de 30 pays. et malgré les récents échecs catastrophiques en matière de sécurité, tels que la tragédie de Fukushima Daiichi en 2011, près de 70 nouvelles centrales nucléaires sont actuellement en construction. Alors, pourquoi continuons-nous à construire de telles installations potentiellement dangereuses? En dépit de catastrophes telles que celles de Tchernobyl et de Fukushima, le mégawatt pour mégawatt est globalement considéré comme plus sûr et plus écologique que l’électricité produite à partir de charbon ou de gaz.

Ce type d'énergie nucléaire est créé lorsqu'un isotope, souvent l'uranium 235 (U-235), est bombardé d'un neutron. La collision divise généralement l'isotope en deux morceaux, chacun contenant la moitié des neutrons et des protons de l'atome d'origine, selon un processus appelé fission nucléaire. Au cours de la réaction, une petite quantité de masse est perdue, résultant de la conversion d'une infime quantité de matière en une quantité d'énergie relativement importante.

Dans un réacteur typique, une grande quantité d'uranium 235 est assemblée puis bombardée de neutrons; dans chaque collision entre l'uranium 235 et le neutron, deux de plus les neutrons sont produits avec la libération d'énergie. Tant qu'il y aura suffisamment d'isotopes d'U-235, ces neutrons supplémentaires provoqueront des réactions supplémentaires. Les réactions croissent de manière exponentielle dans un processus appelé réaction en chaîne qui produit encore plus d'énergie. Les centrales nucléaires exploitent l’énergie de ces réactions en chaîne contrôlées et la convertissent en électricité qui alimente des choses comme ce MacBook Air sur lequel j’écris.

Uranium 235

L'uranium est l'un des éléments les plus lourds, avec une masse atomique de 238.03. Dans le cadre de cet article, seuls trois isotopes se trouvent naturellement dans la croûte terrestre. U-238, qui représente 99,3% de tout l'uranium, U-235, qui contient la majeure partie du 0,7% restant, et U-234, présent seulement en quantité infinitésimale. L'U-238 n'est que légèrement réactif et ne constitue pas un bon matériau fissile. U-235, cependant, est remarquable pour être divisé et produire beaucoup d’énergie.

Lorsqu'il sort du sol, le minerai d'uranium est composé des trois isotopes dans leurs proportions relatives. Pour être fissible, le pourcentage d'uranium 235 dans le minerai doit être augmenté de 0,7% à environ 5% de l'ensemble. Ce processus s'appelle l'enrichissement d'uranium. Dans le scénario d'enrichissement typique, l'uranium est converti en un gaz, l'hexafluorure d'uranium (UF-6), et le gaz est séparé en poids (rappelez-vous, U-234 et U-235 sont plus légers que l'U-238). La séparation permet d'éliminer une quantité suffisante d'uranium plus lourd, et la substance restante a finalement une concentration appropriée en 235U pour la fission.

Réacteur nucléaire gabonais

Vous pouvez vous demander: «Si le minerai d’uranium ne convient pas à des réactions nucléaires sans un processus d’enrichissement complexe et artificiel, comment un processus naturel a-t-il démarré il y a près de deux milliards d’années?» Bonne question.

La demi-vie de l'uranium 235 est nettement plus courte que celle de l'uranium 238. Dans un passé lointain, elle aurait dû être beaucoup plus abondante et à des concentrations supérieures à celles d'aujourd'hui. Le scientifique Paul K. Kuroda a proposé en 1956 que ce minerai riche en U-235, dans de bonnes conditions, aurait favorisé la fission nucléaire et les réactions en chaîne, qui formeraient des réacteurs nucléaires naturels.

Il existe deux théories sur le fonctionnement du réacteur gabonais, bien que les deux supposent un cycle de réaction en chaîne, de cessation, de refroidissement, de répétition, sur des milliers d'années, jusqu'à épuisement des matières fissiles.

Une théorie propose que l'uranium soit recouvert d'eau souterraine, ce qui modère les neutrons et crée un environnement propice à une réaction en chaîne. L'énergie générée a fini par chauffer les eaux souterraines jusqu'à ébullition, puis les vapeurs ont disparu. Les eaux souterraines ayant disparu, la réaction s'est arrêtée. Finalement, l'eau est revenue dans la caverne d'uranium et le processus s'est répété jusqu'à ce que les concentrations soient trop basses pour supporter d'autres réactions.

La seconde théorie, qui n’est pas bien acceptée, proposait que le réacteur en combustion libère certains éléments de terres rares, tels que le samarium, le gadolinium et le dysprosium, qui absorbent les neutrons et arrêtent la réaction en chaîne pendant un certain temps ou à certains endroits il apparaît à nouveau à proximité.

Les détails de la première théorie ont été rapportés dans Espace quotidien en 2004:

Cette similitude (avec un geyser) suggère qu’une demi-heure après le début de la réaction en chaîne, l’eau non bornée était convertie en vapeur, ce qui diminuait le flux de neutrons thermiques et rendait le réacteur sous-critique.

Il a fallu au moins deux heures et demie pour que le réacteur refroidisse jusqu'à ce que la fission Xe (xénon) commence à se conserver.L'eau est ensuite revenue dans la zone du réacteur, ce qui a permis de modérer les neutrons et d'établir à nouveau une chaîne autonome.

Preuve du réacteur à fission fossile d'Oklo

Alors, comment savons-nous que cela est déjà arrivé? Plusieurs raisons.

Premièrement, lors de la première enquête française en 1972, il avait été constaté que la concentration en U-235 provenant du site était bien inférieure à celle observée dans la nature; En fait, les concentrations des échantillons d’Oklo étaient similaires à celles trouvées dans le combustible nucléaire irradié.

Deuxièmement, les Français ont également découvert des anomalies dans d'autres isotopes du site, notamment le néodyme et le ruthénium, deux substances compatibles avec la fission de l'uranium 235.

Troisièmement, dans une étude de 2004, des physiciens de l’Université de Washington, enquêtant sur le site, ont découvert des quantités élevées de zirconium, de cérium et de strontium produites par fission nucléaire.

Quatrièmement, les spécialistes américains ont également découvert que les gisements d’Oklo contenaient les plus grandes concentrations de xénon et de krypton produits par fission jamais trouvées.

Leçons du réacteur d'Oklo

Une découverte surprenante d'Oklo est que, contrairement à nos réacteurs à fission qui produisent des déchets toxiques importants que personne ne veut stocker (pensez à Yucca Mountain), Mère Nature s'est débarrassée des siens en toute sécurité. Selon les chercheurs de Wash U, le réacteur naturel a piégé en toute sécurité ses déchets toxiques (Xe et Kr-85) dans le composé chimique aluminophosphate:

Il est fascinant de penser qu'une réaction nucléaire naturelle peut atteindre les conditions critiques et qu'elle est également capable de stocker ses propres déchets.

Pour finir, il est rassurant de savoir que l’U-235 existant à l’état naturel n’existe pas encore aux concentrations nécessaires pour démarrer ou faire fonctionner un réacteur nucléaire naturel moderne. Donc, même si un jour nous devrons peut-être vivre à travers un autre Tchernobyl, au moins nous saurons que nous ne pouvons nous en prendre qu'à nous-mêmes. üòâ

Faits bonus:

  • Three Mile Island, l’accident de la centrale nucléaire près de Middletown en Pennsylvanie, est l’accident de la centrale le plus grave de l’histoire des États-Unis. Cela n'a entraîné aucun décès et aucun blessé chez les ouvriers de l'usine ou dans la communauté voisine. Il était toujours classé au niveau 5 de l'INES, même s'il aurait vraiment dû être classé au niveau 2.
  • Si vous avez campé à l'usine de Three Mile Island lors de l'accident survenu en 1979, vous n'avez reçu que 80 millirems d'exposition supplémentaires pendant la durée de l'accident. Pour référence, si votre colonne vertébrale avait déjà été radiographiée, vous en auriez reçu le double environ au cours des quelques secondes de radiographie. Si vous vous trouviez à une quinzaine de kilomètres du réacteur lors de l’accident, vous auriez reçu environ 8 millirems, soit à peu près le même rayonnement ionisant que de manger 800 bananes, qui sont naturellement radioactives. Il n'y a pas de décès / cancers / etc. connus. résultant de l'accident de Three Mile Island.
  • La réaction du public à Three Mile Island a été extrêmement démesurée par rapport à ce que l'événement réel justifiait. Cela était en grande partie dû à la désinformation dans la presse; mauvaise compréhension des rayonnements ionisants par le grand public; et le fait que, pas 12 jours avant, le film Le syndrome de chine a été libéré. L'intrigue du film était à quel point les réacteurs nucléaires étaient dangereux et à peu près tout le monde dans le film, mais l'un des personnages principaux essayait de le dissimuler. Le syndrome de chine Le concept du titre de film découle de la prémisse que si un coeur de réacteur nucléaire américain fondait, il fondrait en Chine vers le centre de la Terre. Éviter le fait que c’est l’océan Indien qui se trouve de l’autre côté de la Terre que les États-Unis, et non la Chine, et les problèmes évidents posés par le principe de la «fusion à travers la Terre» n’aurait pu être meilleur en raison de l'incident de Three Mile Island. Le film a été nominé pour plusieurs récompenses académiques, y compris la meilleure actrice de Jane Fonda.
  • Étonnamment, si nous étions en mesure de convertir parfaitement la matière en énergie avec 1 kg de matière complètement annihilée, l’énergie produite à partir de cette petite quantité de matière représente environ 42,95 mégawatts de TNT. Ainsi, un homme adulte pesant environ 200 livres a environ 4000 mégatonnes de potentiel de TNT dans sa matière s'il est complètement annihilé.
  • Cela représente environ 80 fois plus d'énergie que celle produite par la plus grande bombe nucléaire jamais déclenchée, le Tzar Bomba, qui a elle-même provoqué une explosion environ 1 400 fois plus puissante que les explosions combinées des bombes larguées sur Hiroshima et Nagasaki.
  • Pour illustrer davantage, 1 mégatonne de TNT, convertie en kilowattheures, produit suffisamment d’électricité pour alimenter une maison américaine moyenne pendant environ 100 000 ans. Il suffit également d’alimenter l’ensemble des États-Unis pendant un peu plus de 3 jours. Ainsi, 1 kg de matière complètement anéantie permettrait de propulser l’ensemble des États-Unis pendant environ quatre mois. Alors, un homme adulte moyen, une fois complètement annihilé, produirait suffisamment d’énergie pour alimenter les États-Unis pendant environ 30 ans. La crise énergétique résolue.

  • Sur une échelle complètement déroutante, une explosion typique de supernova générera environ 10 000 000 000 000 000 000 000 de mégatonnes de TNT. * se recroqueville dans le coin *

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