Il reattore nucleare naturale di Oklo è l’unico sulla Terra: è in Gabon e ha 2 miliardi di anni. L’unico reattore a fissione naturale conosciuto si trova in Gabon, precisamente in una miniera di uranio situata nella regione del fiume Oklo, nel Bacino di Franceville, un luogo in cui avviene spontaneamente la fissione nucleare dell’uranio.
Per quanto ci possa sembrare strano, esiste un “reattore nucleare naturale”, cioè un luogo unico nel quale avviene spontaneamente la fissione nucleare – anche se questa energia non viene poi convertita in energia elettrica.
Si tratta infatti di una particolare miniera scoperta nel 1972 nel Bacino di Franceville, nel Gabon. Si stima che il reattore fosse attivo da oltre 1,7 miliardi di anni, quando la concentrazione dell’isotopo U235 nell’uranio naturale fosse oltre quattro volte superiore a quella attuale.
La scoperta del reattore nucleare naturale in Gabon
L’uranio presente in natura è caratterizzato da proporzioni ben definite dei suoi tre isotopi radioattivi: il 99,2743% di U238, lo 0,7202% di U235 e lo 0,0055% di U234.
Potete quindi immaginare la sorpresa del fisico francese Francis Perrin quando, nel 1972, misurò una concentrazione di U235 pari allo 0,7171% in un campione estratto dalle rocce uranifere del Bacino di Franceville, nella regione di Oklo, nel Gabon, nell’Africa occidentale.
Sebbene apparentemente minima, la differenza dello 0,0031% rispetto al valore standard odierno è insolita. Ulteriori analisi isotopiche, condotte dopo varie ricalibrazioni dello spettrometro, confermarono questi risultati, escludendo la possibilità di un errore strumentale.
Successivi campionamenti nella miniera di Oklo rivelarono concentrazioni di U235 ancora più basse. In un report pubblicato dall’International Atomic Energy Agency (IAEA) è indicato che in circa 500 tonnellate di uranio analizzate nel 1972, la concentrazione media di U235 era dello 0,62%, con un campione che scendeva addirittura allo 0,44%.
Questo significa che circa 500 kg di uranio U235 erano “scomparse”. L’unico processo fisico in grado di spiegare una riduzione così significativa della concentrazione di U235 nei campioni del Bacino di Franceville è la fissione nucleare.
La fissione nucleare naturale
La fissione nucleare è un fenomeno in cui un atomo, in questo caso di uranio, viene scisso in due o più nuclei “figli” e contemporaneamente emette un certo numero di neutroni. Si tratta dello stesso processo sfruttato nelle centrali nucleari per la produzione di energia.
Tra i tre isotopi dell’uranio, l’U235 è l’unico fissile, cioè in grado di sostenere una reazione nucleare a catena. Per questa ragione, infatti, il funzionamento dei reattori nucleari tradizionali richiede l’arricchimento dell’uranio, aumentando la concentrazione di U235 fino a valori compresi tra il 3% e il 5%.
Di fronte alle insolite concentrazioni isotopiche rilevate nel Bacino di Franceville, la prima ipotesi formulata dagli scienziati era che i campioni fossero artificiali, prodotti da una reazione controllata. Tuttavia, questa spiegazione non era compatibile con il contesto geologico in cui furono ritrovati.
I campioni infatti provenivano da miniere nel sottosuolo, in alcuni casi a profondità superiori a 1000 metri, ed erano stati estratti da rocce sedimentarie del Paleoproterozoico, oggi datate circa 2.1 miliardi di anni fa . L’unica spiegazione plausibile è quindi che i ritrovamenti siano i resti di un antico reattore nucleare naturale.
Le possibili cause della fissione naturale
L’ipotesi di un reattore nucleare naturale fu teorizzata per la prima volta dal chimico e fisico nucleare Paul Kuroda nel 1952. Quello scoperto nella regione di Oklo non è probabilmente il primo reattore naturale sulla Terra, ma è certamente l’unico finora scoperto.
In sostanza, si tratta di un ambiente naturale in cui la reazione di fissione nucleare degli isotopi di uranio può verificarsi spontaneamente. Un ambiente di questo tipo sarebbe impossibile oggi, a causa delle basse concentrazioni di U235. Tuttavia, oltre 1,7 miliardi di anni fa, la concentrazione di U235 nell’uranio naturale era pari a circa il 3%, un valore paragonabile a quello utilizzato nei moderni reattori nucleari, e sufficiente a innescare una fissione naturale.
Il funzionamento del reattore naturale di Oklo non è ancora completamente chiaro. Nel Paleoproterozoico il paesaggio era molto diverso: la regione di Oklo era attraversata da vasti sistemi fluviali e deltizi che trasportavano elementi pesanti, prodotti dall’erosione di rocce granitiche, verso il bacino.
Alcuni studi suggeriscono che l’aumento delle concentrazioni di ossigeno causate dalla “Grande Ossidazione” abbiano facilitato la dissoluzione dell’uranio in acqua, permettendone la migrazione attraverso pori e fratture nella roccia. Inoltre, la presenza di materia organica potrebbe aver favorito la precipitazione dell’uranio in concentrazioni elevate.
Infine, l’acqua avrebbe svolto un ruolo cruciale sia nell’innesco sia nel mantenimento delle reazioni di fissione. Come spiega Peter Wood, scienziato esperto nella produzione di uranio presso l’AIEA.
Come nei reattori nucleari leggeri costruiti dall’uomo, le reazioni di fissione, senza un moderatore che rallenti i neutroni, si arresterebbero. L’acqua a Oklo ha agito come moderatore, assorbendo i neutroni e controllando la reazione a catena.
A oggi, sono stati identificati 16 reattori nucleari naturali nel Bacino di Franceville: 15 situati in prossimità l’uno dell’altro e uno, il reattore di Bangombé, a oltre 30 km di distanza. Il più grande tra questi misura circa 12 metri di lunghezza, 18 metri di spessore e fino a 0,5 metri di larghezza.
Gli esperti ipotizzano che il processo di fissione naturale sia continuato a intervalli per alcune centinaia di migliaia di anni e probabilmente non ha mai superato i 100 kW di potenza termica.
Fonti: IAEA – Science History Institute – Science – Stem – Springer – Bentridi, S.E., Gall, B., Gauthier-Lafaye, F., Seghour, A. and Medjadi, D.E., 2011. Inception and evolution of Oklo natural nuclear reactors. Comptes Rendus Geoscience, 343(11-12), pp.738-748 – IAEA report – Lancelot, J.R., Vitrac, A. and Allegre, C.J., 1975. The Oklo natural reactor: Age and evolution studies by UPb and RbSr systematics. Earth and planetary science letters, 25(2), pp.189-196 – Gauthier-Lafaye, F., Holliger, P. and Blanc, P.L., 1996. Natural fission reactors in the Franceville basin, Gabon: A review of the conditions and results of a “critical event” in a geologic system. Geochimica et Cosmochimica Acta, 60(23), pp.4831-4852 – Sawaki, Y., Moussavou, M., Sato, T., Suzuki, K., Ligna, C., Asanuma, H., Sakata, S., Obayashi, H., Hirata, T. and Edou-Minko, A., 2017. Chronological constraints on the Paleoproterozoic Francevillian Group in Gabon. Geoscience Frontiers, 8(2), pp.397-407
Lascia un commento