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O reator nuclear natural pré-histórico

Há 2 bilhões de anos atrás, ocorreu uma fissão nuclear no depósito de urânio de Oklo, no atual Gabão, África Central. É o único reator nuclear natural descoberto até o momento.

Como o reator nuclear natural foi descoberto?

O urânio é encontrado em 3 formas:

  • U-234: é o isótopo mais raro.
  • U-235: é o urânio físsil, que faz a fissão nuclear.
  • U-238: é o mais abundante.

Em Maio de 1972, trabalhadores da usina de enriquecimento de urânio de Pierrelatte fizeram medições da quantidade de urânio na mina de Oklo. Quando foi medido o conteúdo, esperava-se que a quantidade de U-235 correspondesse a 0,720%. No entanto, a porcentagem encontrada foi de 0,717%. Faltavam 200 kg de U-235. Como explicar esta diferença?

localização do reator nuclear natural
Localização do reator nuclear natural de Oklo, há 1,7 bilhões de anos atrás. Fonte: Oopart.

Para ocorrer uma fissão nuclear, o depósito de urânio deve ter no mínimo 3% de U-235. A meia-vida do U-235 é de 700 milhões de anos, enquanto a meia-vida do U-238 é de 4,5 bilhões de anos. Se hoje o conteúdo de urânio físsil é de 0,72%, 2 bilhões de anos atrás o conteúdo era de 3,67%, o suficiente para a fissão nuclear.

Evidências da fissão

Ter a quantidade certa do isótopo não é o suficiente para sustentar a hipótese do reator nuclear natural. Outras evidências que devem ser encontradas são:

  • Rutênio-99: Naturalmente, este isótopo corresponde a 12,7% do rutênio total em uma reserva. Com uma fissão nuclear, esta porcentagem fica entre 27% e 30%.
  • A taxa de U-235/U-238 deve ser menor do que o normal.
  • Isótopos de xenônio (Xe), como o Xe-144 e o Xe-135.
  • Neodímio-143: Para indicar que houve uma fissão, o conteúdo deste isótopo no neodímio deve ser maior do que 12%.
Produtos da fissão nuclear
A fissão nuclear produz vários isótopos de diferentes elementos. Fonte: Access Science.
porcentagem de isótopos na fissão
Este gráfico mostra a porcentagem dos isótopos gerados na fissão nuclear do U-235. Embora a média do número de massa (A) seja de 118, os isótopos que mais aparecem possuem A aproximadamente 95 ou 137. No lado direito, o decaimento beta dos isótopos até obter um elemento estável. Fonte: Hyper physics.

No mesmo ano, o físico francês Francis Perrin descobriu as 4 evidências citadas anteriormente em 17 locais da região de Oklo.

Acesse o post sobre o funcionamento de uma usina nuclear para mais informações sobre a reação de fissão.

Como funciona uma usina nuclear?Clique aqui

Como funcionou?

Além de ter a quantidade mínima de 3% de urânio-235, outros requisitos para um reator nuclear natural funcionar são:

  • Uma fonte de nêutrons para iniciar a reação em cadeia. Quando o U-235 decai, tório e nêutrons são produzidos.
  • Alta concentração de um material moderador, para reduzir a velocidade dos nêutrons. Neste caso foi usado água.
  • Baixa concentração de absorvedores de nêutrons, como cádmio, boro ou lítio.
  • A largura do minério de urânio deve ser maior do que 2/3 de um metro, para a reação continuar antes do nêutron deixar a reserva. 
visão transversal do reator nuclear natural
Visão transversal do reator nuclear natural. (1) locais do reator, (2) arenito, (3) camada de minério e (4) granito. Fonte: (Zhao, 2016).

O calor da fissão evapora a água, interrompendo a reação em cadeia. Consequentemente, a temperatura abaixa e a água aparece novamente, reiniciando a reação nuclear. Este reator funcionou por centenas de milhares de anos, gerando uma potência média de aproximadamente 100 kW, algumas fontes afirmam 25 kW. Tinha 40 km de comprimento, mas o impacto ambiental afetou somente 40 metros de distância do reator em todas as direções.

Esta interessante descoberta pode dar dicas de como gerenciar melhor os resíduos radioativos das usinas nucleares.

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