Bạn có tin cách đây gần 2 tỷ năm đã có một lò phản ứng hạt nhân cổ đại? Đó là sự thật và câu chuyện bắt đầu từ năm 1972, khi các nhà khoa học Pháp tình cờ phát hiện khu vực mỏ urani tự nhiên ở Oklo, Gabon, châu Phi bị "thiếu mất" 200kg urani 235 (vật liệu chế tạo vũ khí hạt nhân) mà không rõ lý do. Sau quá trình tìm hiểu, họ xác định rằng có tới "16 lò phản ứng hạt nhân" đã từng tồn tại tại cách nay hơn 2 tỷ năm tại khu vực ấy.
Đây là vấn đề từng làm đau đầu các nhà khoa học bởi lẽ, nhà máy điện hạt nhân đầu tiên được khởi động vào năm 1951 và nó chỉ sản sinh ra một lượng khá nhỏ. Do đó, họ không tin được rằng những hòn đá bên dưới mặt đất tại vùng Oklo lại có thể tạo ra phản ứng cách đây 2 tỷ năm! Trong khi đó, "lò phản ứng tự nhiên" được phát hiện vào năm 1972, khi các nhà khoa học Pháp thu thập quặng uranium từ mỏ tại Gabon để tiến hành các thử nghiệm.
200kg urani 235 biến mất không lý do
Quặng uranium được hình thành từ 3 đồng vị của uranium với số lượng các nơ tron khác nhau: Urani 238 là đồng vị phổ biến nhất, uranium 234 là đồng vị hiếm nhất và urani 235 - loại đồng vị được các nhà khoa học hạt nhân quan tâm nhất bởi nó có khả nnawg duy trì phản ứng hạt nhân dây chuyền. Trong tự nhiên, tỷ lệ urani 235 trong quặng urani là 0,720% nhưng hồi năm 1972, các nha khoa học Pháp phát hiện rằng mẫu vật thu được chỉ có 0,717% urani 235. Chênh lệch 0,003% là vô cùng quan trọng đối với những gì có liên quan tới urani.
Điều đó có nghĩa là 200 kg Urani 235 đã biến mất khỏi mỏ Oklo. Sau khi loại trừ khả năng bị mất hoặc đánh cắp, các nhà khoa học cho rằng 0,003% mất đi là do đã xảy ra phản ứng phân hạch hạt nhân và phân rã thành các nguyên tử khác. Kết luận này vấp phải sự phản ứng từ chính 3 điều kiện rất cụ thể để lò phản ứng hạt nhân có thể liên tục tạo ra năng lượng. Và cho dù các nhà khoa học có tạo được một lò phản ứng như thế nào thì tự nhiên gần như không thể làm được điều đó một cách ngẫu nhiên.
Tự nhiên đã tạo ra 16 lò phản ứng hạt nhân cách đây 2 tỷ năm
Sơ đồ mặt cắt mỏ urani tại Oklo, các chấm đen chính là vị trí của các "lò phản ứng"
Nhưng sau quá trình điều tra nghiên cứu, các nhà khoa học kết luận rằng điều đó đã xảy ra hoàn toàn ngẫu nhiên. Đầu tiên xin nói về các điều kiện để phản ứng hạt nhân có thể diễn ra ngoài tự nhiên:
Đầu tiên là phải có tỷ lệ urani 235 hoàn hảo để tiếp nhiên liệu cho phản ứng. Nếu như bạn cho rằng con số 0,720% là khá nhỏ, nhưng đây lại chính là tỷ lệ hoàn hảo để diễn ra phản ứng phân hạch hạt nhân. Đồng thời khi so sánh mẫu quặng tại mỏ Olka so với các mẫu khác từ khắp nơi trên thế giới thì các nhà khoa học cho rằng rất có khả năng tỷ lệ 0,720% đã tồn tại cách đây hơn 2 tỷ năm trước, tại thời điểm phản ứng chưa xảy ra.
Điều kiện thứ hai là nguồn nơtron. Urani 235 phân rã tự nhiên thành thori và quá trình này giải phóng ra 1 nơtron. Sau đó nơtron này có thể đập vào một nguyên tử urani 235 khác và bắt đầu quá trình phân hạch. Phản ứng phân hạch hạt nhân xảy ra khi một nguyên tử bị phá vỡ thành các nguyên tử nhỏ hơn, thường sẽ giải phóng ra năng lượng. Khi nơtron này kết hợp với urani 235 sẽ tạo thành urani 236 - đồng vị đầy sự bất ổn và thường không ổn định. Urani 236 sau đó bị chia tách, tạo ra các nguyên tử nhỏ hơn vốn ổn định hơn, đồng thời giải phóng ta thêm các nơtron. Các nơtron này lại tiếp tục bắn phá các nguyên tử urani 235 khác và phản ứng dây chuyền tiếp tục.
May mắn hơn nữa, vị trí lò phản ứng tự nhiên này lại có một mạch nước ngầm tự nhiên chảy qua. Khi các phân tử bắt đầu bị chia tách, chúng sẽ giải phóng ra năng lượng và các nơtron. Nước sẽ làm chậm các nơtron nhưng năng lượng lại làm nước nóng lên. Sau một thời gian, nước sẽ nòng lên tới điểm sôi, sôi cho tới khi không còn đủ nước để làm chậm các nơtron nữa. Khi đó, các nơtron sẽ bắn vào đất mà không có tác dụng kích hoạt dây chuyền phản ứng nữa và lò phản ứng sẽ tạm ngừng hoạt động. Sau đó, dòng chảy tự nhiên của nước ngầm lại tiếp tục được cấp thêm để toàn bộ quá trình trên tái diễn. Và theo ước tính, đã có 16 vòng tuần hoàn tiếp tục diễn ra hàng trăm nghìn năm sau đó.
Đáng buồn thay, điều chi cũng có cho nó riêng một giới hạn và lò phản ứng thiên nhiên cũng vậy: khi lượng urani 235 đã được sử dụng hết, tỷ lệ xuống thấp dưới mức xảy ra phản ứng, lò phản ứng sẽ hoạt động chậm dần, chậm dần cho tới khi ngừng hoàn toàn, để rồi 2 tỷ năm sau đó, các nhà khoa học dấy lên câu hỏi về 200 kg urani 235 bỗng dưng biến mất. Câu đố tồn tại 2 tỷ năm trước đã được giải đáp: một sự sắp đặt kỳ lạ của tự nhiên.
Quảng cáo
Tham khảo SA, Đại học Stanford
