Çıplak Reaktör

OKLO Fenomeni
1800 Milyon Yıl Önce Çalışan
Doğal Çıplak Reaktörler
B. Gül GÖKTEPE1

GİRİŞ:

1972 yılında Fransa Atom Enerjisi Komisyonu araştırıcıları çok çarpıcı bir keşifte bulundular.
Afrika’nın Gabon bölgesinde yıllar önce kendi kendine çalışan doğal reaktörler olduğunu açıkladılar. Hani sanki masallardaki gibi, “...bir varmış bir yokmuş çok eski zamanlarda, çok uzaklardaki bir ülkede kendi kendine çalışan reaktörler varmış...”

Tüm bilim dünyasını şaşırtan bu buluşta Gabon’un eski ve zengin uranyum yataklarındaki uranyumun bir kısmının, yüzlerce hatta binlerce yıl kendi kendine modern reaktörler gibi davrandığı ortaya çıkarıldı. Daha sonra devam eden çalışmalar, nükleer reaksiyonların meydana geldiği yerlerin olağanüstü bir şekilde muhafaza edildiğini ve daha detaylı araştırmaların mümkün olabileceğini gösterdi. Bunun üzerine Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (International Atomic Energy Agency- IAEA) bu fenomenin temel araştırma ve uluslararası işbirliği için fevkalade bir konu olduğuna karar vererek, Gabon Hükümeti ve Fransa Atom Enerjisi Komisyonuna ortak bir sempozyum organize edilmesi için başvurdu.

Sempozyum 23-27 Haziran 1975 tarihleri arasında Franceville, Gabon’da gerçekleştirildi. Adını Gabon’un uranyum maden yatağından alan Oklo Fenomeni, tüm dünyadaki atom fizikçilerinin, jeofizikçilerin, jeologların, jeokimyacılarının, izotop jeokimyacılarının, katkılarıyla derinliğine tartışıldı, bildiriler sunuldu.

Tüm dünyanın özellikle nükleer bilim camiasının çok ilgisini çeken bu keşifte, 1800 milyon yıl önce, zengin uranyum yataklarında doğal olarak fisyon reaksiyonların meydana geldiği, böylece en az 100.000 (yüz bin) yıl süren nükleer reaksiyonlarla, kendi kendine çalışan çıplak reaktörlerin (koruma/güvenlik kabı olmayan) var olduğu ortaya çıkarıldı.

Oklo fenomeni, yer bilimleri ve nükleer fizik alanında 20 yüzyılın en şaşırtan sürpriz keşiflerinden biri olarak hafızalarda yer etti. 1972 -1988 yılları arasında Gabon’un 2 milyar yaşındaki Oklo ve Bangomme maden yataklarında 15 doğal nükleer reaktör sahası keşfedildi.

KEŞFİN HİKÂYESİ:

Oklo Fenomeninin keşfinin hikâyesi son derece ilginç. Olaylar, Fransa’da Pierrelatte laboratuvarlarında çalışan nükleer araştırıcıların/radyo-kimyacıların rutin analizler sırasında doğal uranyum örneklerinde, çok az bir izotopik sapmayı görmeleriyle başladı [1, 2, 4, 6].

Olayı çözmek için yapılan bir dizi analiz sonunda diğer örneklerde de ortaya çıkan anomalilerin bulunması üzerine, bir seri halinde yeni bir analiz programı başlatıldı. Analizlerin amacı, bu ilginç bulguyu daha derinliğine araştırmak ve bir nevi yapay kontaminasyon olduğu düşünülen durumun kökenine inebilmekti.

Analizlerin sonunda, nükleer araştırıcılar, bu sonuçların ölçüm hatası olmadığını, normal uranyumdan farklı bileşimde olan bir nevi uranyum ile uğraştıklarını, farklı örneklerde de farklılıklar olduğunu keşfettiler. Kısa bir süre sonra, bu anormalliğe, yani normalin altında fisyona uğrayabilecek uranyum çekirdeği konsantrasyonuna haiz olan cevherin, güney-doğu Gabon’da Franceville civarından Oklo uranyum yatağının kuzeyinden getirilmiş olduğunu buldular. Diğer yandan farkında olmadan nükleer endüstriye önemli miktarda Uranyum 235’ce fakirleşmiş cevherin sevk edilmiş olduğu gerçeği de ortaya çıkarılmış oldu. Aynı bölgeden daha önce getirilmiş olan cevherler üzerinde yapılan araştırmaların da aynı sonucu vermesiyle, söz konusu olan maden yatağı incelemeye alındı. Yatakta bulunan fisyon ürünlerinin varlığı, anormal durumun kaynağının bulunması için doğru bir işaret vermiş oldu.

Eğer Pierrelatta’daki nükleer araştırıcılar bu kadar dikkatli olmasalardı böyle bir sonuç göz ardı edilmiş olacaktı.

The site of the Oklo uranium deposit
Şekil 1: Oklo Uranyum Cevher Yatağı
(Ref: http://oklo.curtin.edu.au/where.cfm)

Bu bulguların sonunda, 1972 yılında çıplak reaktörler keşfedildiğinde, söz konusu olan cevher yatağının anormal uranyum sonuçlarını veren bölgesinden uranyum çıkarma işleminin derhal durdurulmasına ve sadece bilimsel araştırmalar için ayrılmasına karar verildi. Bundan sonrasında 1960 yılında keşfedilip akabinde işletmeye alınan zengin uranyum maden yatağının hem çıplak reaktörlerin ortaya çıkarılmasından önce dokunulmamış olan bölgesinde hem de araştırmaya ayrılan bölgesinde detaylı jeo-kimyasal inceleme başlatıldı. Numune almak için sondaj delikleri açılarak çok çeşitli sayıda örnekleme yapıldı. Önce ilk altı reaktör bölgesi keşfedildi. Reaktör bölgeleri, uranyum cevheri içine gömülü santimetre ila metre kalınlığında yüksek zenginlikte uranyum katmanlarından oluşmaktaydı.

Cevherdeki araştırma bitince, maden ocağında uranyum çıkarma işlemlerine tekrar başlanıldı. Bir süre sonra keşfi yapılan çıplak reaktör bölgelerinin çoğunda uranyum madenciliği tamamlandı. Ancak reaktör bölgelerinden alınan çok sayıda kaya örnekleri Saclay, Fransa da depolandı.

The minesite showing the location of the 15 fossil reactors
Şekil 2: 15 reaktörün yerlerini gösteren harita [3].

http://4.bp.blogspot.com/_tEiorj46AQM/TO3YWdp_1KI/AAAAAAAABQ0/vtvDyquUAng/s1600/Oklo%2BNatural%2BNuclear%2BReactors.jpg
Şekil 3: Reaktör Bölgesi 2;
Fosil reaktör maden ocağının yan tarafında beton içine alınmış. Betonlama,fosil reaktörün radyasyon açısndan tehlikeli oluşundan değil, ocağın eğiminden dolayı kaymasını önlemek üzere yapılmış [5].

FOSİL NÜKLEER REAKTÖR TARTIŞMALARI:

Oklo reaktörlerinin araştırılması sürecinde öncelikle, fisyon zincir reaksiyonunun çok uzun yıllar öncesinde, belli koşullar altında spontane olarak tetiklendiği teorisi ortaya atıldı. Bu koşullar; ortamda çok yüksek konsantrasyonlu uranyumun varlığı, nötron absorbe edici elementlerin olmayışı ve su bulunması idi. Tüm bu koşulların hepsinin bir arada olabileceği ve bunların bir arada bulunma ihtimalinin zaman geriye gittikçe daha yüksek olduğu fikri tartışıldı. Bu fikir bazı bilim adamları tarafından baştan reddedilse de çeşitli sorular, tezler ortaya atıldı. Örneğin; eğer böyle bir fenomen ortaya çıkmış olsa ve eğer bazı durumlarda uranyumun izotopik kompozisyonunun önemli miktarda değişimine sebep olana kadar devam eden mekanizmalar gerçekleşmiş olsa da, bunun izlerini bulabilmenin şansı ne derecede gerçek olabilir... vb gibi sorular tartışıldı. Zira burada söz konusu olan çok uzak zamanlar ile binlerce milyonlarca yıl öncesi kastedildiğinden, bu kadar uzun süreçlerde yerkabuğunun çok büyük değişimler geçirdiği gerçeği ortadaydı. Dahası, uranyumun serbest bir element olduğu ve akarsuyun mevcut olduğu ortamda serbestçe hareket edebileceği de göz önüne alındığında, uranyum cevher yataklarının büyük kısmının, bu uzun çağlar içinde modifiye olacağı da düşünülmeliydi.

Eğer yerkürenin tarihinde çok uzun yıllar öncesine ait fosilleşmiş bir nükleer reaktörün varlığı bulunabilecek ise, koşulların pek de mümkün olmayan bir kesişim noktası gerekliydi ki sonuç itibarıyla Oklo uranyum yataklarındaki bulgular tam da böylesine, son derece düşük ihtimalli koşulların bir araya geldiğini gösteriyordu.

Neticede Oklo’da keşfedilen gerçeğin, 1800 milyon yıl önceye ait fosil reaktörler olduğu kabul edildi.

OKLO SEMPOZYUMU:

UAEA tarafından Oklo fenomeni uluslararası temel nükleer araştırma üzerinde uluslararası işbirliği için fevkalade uygun göründüğünden Gabon hükümeti ve Fransa Atom Enerjisi Komisyonu ile ortak olarak 23-27 Haziran 1975 tarihlerinde uluslararası Oklo Fenomeni sempozyumu gerçekleştirildi [1].

Sempozyum, 19 ülkeden 74 katılımcı ile yer bilimleri, izotop jeokimyası ve reaktör fiziği olmak üzere üç ana konu başlığı altında gerçekleştirildi. Bu ana başlıklar altında yer bilimlerinde; Prekambriya sedimenti serisi, Oklo uranyum cevher yatağında çeşitli jeolojik yapılar asındaki yaş dağılımını tayin etmek üzere tartışıldı. Mineraloji, petroloji etütleri yapıldı. Oklo fosil reaktörlerinin çevresindeki minerallerinde uranyum detaylı olarak tetkik edildi. Radyasyonun etkisinin mikro dağılımı, karbon kimyası ve asal gaz dağılımı incelendi.

İzotop jeokimyası bölümünde, radyonüklit hareketleri, radyoaktif atıkların jeolojik gömüleri, fisyon ürünleri davranışı, Stronsiyum ve Sezyum (Sr ve Cs) mobiliteleri incelendi.

Reaktör fiziği bölümünde ise; nükleer reaksiyonların fiziği ve nötron dengesi, nadir toprak elementlerinin izotopik analizleri vasıtasıyla akışkan dağılımı, reaksiyon hızı dağılımlarının nötron kökenli yorumlanması, uranyum ve fisyon ürünleri davranışının modeli incelendi.

Yukardaki üç bölümde sunulan çok çeşitli bildirilere ve tartışmalara ilaveten, her üç alanda yapılan panellerde, çeşitli tartışmaların yanı sıra gelecekte yapılması gereken araştırma konuları belirlendi.

OKLO BULGULARI:

Oklo Fenomeninin keşfinin ardından yoğunlaşan uluslararası bilimsel çalışmaların bulgularıyla, ilgi alanı olan fisyon reaksiyonları bölgesinin yüksek tenörlü uranyum cevherinin;

  • Yüksek uranyum konsantresi olan çeşitli kompakt uranyum katmanlarından oluştuğu,
  • 500 ton uranyumun hatta daha bile fazlasının reaksiyona girdiği (fisyona uğrayarak kritik olduğu),
  • Ortaya çıkan enerjinin yaklaşık 100x109 kWh miktarında olması gerektiği,
  • Bazı noktalarda entegre nötron akısının 1.5x1021 n/cm2 olduğu,
  • Sahadan alınan ve analizleri yapılan bazı örneklerde uranyum 235 izotopu konsantrasyonunun % 0.29 düzeyinde düşük olduğu (oysa doğal uranyumda bu oranın % 0,7202 oranında olması gerektiği),
    ortaya çıkarıldı. Nükleer reaksiyonun kontrol mekanizmasının böylesine oranlara ulaşılmasına yol vermesinin son derece farklı olağanüstü bir durum olduğu belirlendi.

 

Bilinen gerçek, uranyumun iki izotopunun doğal olarak radyoaktif olduğudur. U235 izotopu U238 den daha kısa yarı ömre sahiptir. (U235 =>7.1x10 8 yıl), U238 =>4.51x10 9 yıl).

Sonuç olarak doğal uranyum içindeki U235 konsantrasyonu zamana bağlı olarak azalmaktadır. Çok uzun yıllar önce bu konsantrasyon şimdiki oranından (% 0.7202) çok daha yüksek oranda (% 3.65) idi.

OKLO’nun KEŞFİNDEN BU YANA:

1972 yılından itibaren, keşfinden bu yana Oklo fenomeni ile ilgili araştırmalar azalmış da olsa günümüzde halen devam ediyor. En son yayınlanan bilimsel makalelerden birinde, keşfinden bu yana ilk defa iki zıt proses (uranyum zenginleşme ve U235 içindeki sürekli fakirleşme) ile nükleer fisyon reaksiyonunun başlamasına sebep olan fiziksel ve kimyasal işlemler hakkında yorumlar yapıldı [6].

Monte Carlo nötronik simülasyonu esas alınmak suretiyle, ilgili jeolojik koşular ve nötron transport fiziği ile ilgili parametrelerin gerçekçi kombinasyonları dikkate alınmak suretiyle çözüm alanı tanımlandı. Bu çalışmada en küçüğünden en büyüğüne çıplak Oklo reaktörlerinin kritik olma durumları, işleyişleri, ömürlerinin sonu açıklandı.

ReacteurOKLO C 5 _Nucleaire_Naturel_Oklo_UDDPT Of Energy
Şekil 4: Oklo doğal çıplak reaktör fosili [7]

Oklo fenomeni ile ilgili olarak en çok hayret uyandıran hususlardan biri, bu fosil reaktörlerin korunma durumları ile nükleer atık olarak ortaya çıkan ürünlerin milyonlarca yılda kaynaklandıkları yerden sadece birkaç cm hareket etmiş olmaları. Hem de ortamda reaktör kalbi etrafında akan su olmasına rağmen! Bu husus modern nükleer güç reaktörlerinin atık yönetimi yöntemlerinin geliştirilmesinde belki de en iyi aynı zamanda da en çarpıcı doğal örnek [8] olarak karşımızda duruyor.

Oklo doğal reaktörlerinin bu özelliği, yani oluşan fisyon ürünlerinin sahada düşük seviyede ilerlemesi (Pu hareketi < 3 m) günümüzde, jeolojik bertaraf yönteminin tehlikeli olmadığı sonucunu doğuruyor2. Zira nükleer atık bertarafı için, jeolojik gömüye başvurulması halinde, bertaraf tesisinin kapatılması sonrasında, fisyon ürünlerinin ilerlemesinin son derece düşük olması ve çevreye yayılmaması sebebiyle, kurumsal kontrol altında tutulmasalar da atıkların jeolojik gömüsünün güvenli bir yöntem olduğunu gösteriyor.

SONUÇ ve DÜŞÜNCELER:

Oklo fenomeni olarak bilinen, jeolojik ortamda 15 den fazla doğal çıplak nükleer reaktör fosilinin keşfi olayı ile ilgili olarak en son yayınlanan (2011) bilimsel makalelerden birinde yazarlar diyor ki "Bu fenomenin keşfinden bu yana 40 yıldan fazla bir süre geçmesine rağmen olay hâlâ bütün gizemini koruyor” [6]. Bir diğer bilimsel makalede ise Petrov ve arkadaşları tarafından “1972 yılında Gabon’da Oklo çıplak reaktörlerinin keşfi, 1945 yılında Enrico Fermi ve ekibi tarafından yapay fisyon zincirleme reaksiyonunun keşfinden bu yana, reaktör fiziğinin belki de en önemli olaylarından biri” yorumu yapılıyor [9].

Ünlü İngiliz yazar, çevre bilimci ve Gaia hipotezinin yaratıcısı James Lovelock ise “Oklo reaktörleri ‘geophysiological homeostasis’ın muhteşem bir örneğidir3 ifadesiyle olaya imzasını atıyor [10,11] .

Günümüzde Oklo fenomeni hâlâ yer bilimleri, nükleer bilim ve teknoloji dünyasının en önemli keşiflerinden biri olmayı sürdürüyor. Zira;

  • Doğal çıplak reaktörler çok nadir, çarpıcı ve bir o kadar da gizemli bir keşif olarak hâlâ hafızalarda.
  • Çıplak reaktörler, radyoaktif atık muhafazasının, tek doğal örnekleri. Nükleer atıkların jeolojik gömüsü için çok uzun süreli tek doğal benzeşim alanları.
  • Jeologlar, paleontolojistler ve diğer yer bilimcileri tarafından yerkürenin geçmişinde meydana gelen olayların zamanlaması ve aralarındaki ilişkilerin tanımlanabilmesi için başvurulan kronolojik stratigrafi ve
  • Yaşlı dünyamızı ve yerkabuğunu anlamamızı sağlayan bilimsel örneklerin en önemlilerinden biri olduğu kadar belki de en gizemlisi.

KAYNAKLAR:

  1. Preceedigs of the International Symposium on the Oklo Phenomenon,Libreville, Gabon, June 1975
  2. S. Eklund “Oklo-A Nuclear reactor 1800 Million Year Ago
  3. http://oklo.curtin.edu.au/where.cfm
  4. Roger Naudet, The Oklo Phennomenon
  5. Bertrand BARRÉ, Les réacteurs nucléaires naturels d’Oklo (Gabon): 2 milliards d’années avant Fermi, European Nuclear Society
  6. Salah-Eddine Bentridi, Benoıˆt Gall, Franc¸ois Gauthier-Lafayea, Abdeslam Seghour,
    Djamel-Eddine Medjadi, ”Inception and evolution of Oklo natural nuclear reactors”
    (Ge´ne`se et e´volution des re´acteurs nucle´aires fossiles d’Oklo), C.R. Geoscience 343 (2011) 738–748.
  7. C. HILL, private communication, 2013.
  8. James Masters “Naturally-Occurring Nuclear Fission”, Stanford University., 2013
  9. Y. V. Petrov et al., "Natural Nuclear Reactor Oklo and Variation of Fundamental Constants: Computation of Neutronics of Fresh Core," Phys. Rev. C. 74, 064610 (2006).

* * *

KAYNAKLAR:

TEŞEKKÜR

OKLO Reaktörlerini merak ederek, bu konuda şahsımdan Türkçe bir gözden geçirme makalesini web sitelerinde yayınlamak isteyen NÜKTE Grubu Koordinatörü Sayın Adil BUYAN’a, makalemi okuyarak yorum ve katkıda bulunan Sayın Dr. Reşat UZMEN’e, Sayın Görkem GÜNGÖR’e, Sayın Lütfiye GÜRELİ’ye, makalemin yayınını teşvik eden BM Viyana Daimi Temsilcisi, Büyükelçim Sayın R. Tomur BAYER’e,

Ayrıca konu üzerinde derin tartışma imkanı veren ve olayın hikayesini ilk keşfeden kişinin CEA (French Atomic Energy Commission Analytical Laboratory) araştırıcılarından Jean-François DOZOL olduğunu anlatan, Oklo fotoğraflarını temin eden, DOZOL’un doktora öğrencisi Fransa Viyana Daimi Temsilciliği Nükleer Ataşesi Sayın Clément HILL’e teşekkürü bir borç bilirim.


EKLER: Oklo Görüntüleri

Oklo Görüntüleri
Oklo Görüntüleri

Oklo Görüntüleri
Oklo Görüntüleri

Oklo Görüntüleri
Oklo Görüntüleri

Oklo Görüntüleri
Oklo Görüntüleri

Oklo Görüntüleri
Oklo Görüntüleri

  1. 1. T.C. Dışişleri Bakanlığı, Birleşmiş Milletler Viyana Daimi Temsilciliği
  2. 2. Görkem Güngör, Haziran 2013
  3. 3. (2) Homeostasis: organizma ya da hücrenin iç dengesini fizyolojik prosesleri değiştirmek suretiyle muhafaza edebilme yeteneği /eğilimidir.”