Oggi le reazioni nucleari sembrano tanto distruttive e inquinanti, ma oltre ad essere la fonte di energia più sicura e green, la Terra ci ha pensato molto prima di noi a crearle.
Ma prima di tutto, partiamo dal capire cos’è veramente una reazione nucleare.
Fissione nucleare
Quello che succede veramente in queste reazioni è la fissione nucleare. La fissione è quel processo in cui atomi pesanti, come l’uranio235, il plutonio239 o il torio, vengono bombardati da un neutrone, così da spezzare l’atomo e dividerlo in due frammenti.
Lo scontro libera altri 3 neutroni: uno viene disperso, uno viene assorbito da un atomo di U238 e uno colpisce un altro atomo di U235. Questo processo viene chiamato “reazione a catena”.
Elemento fondamentale della fissione è l’acqua. Essa rallenta i neutroni prodotti dall’uranio, in modo che abbiano il tempo di scindere un altro atomo di uranio invece di disperdersi.
Questo processo crescerebbe incontrollato, ma grazie a barre metalliche presenti nelle centrali nucleari che catturano i neutroni in eccesso, la fissione viene tenuta sotto controllo.
La scoperta
Tutto iniziò quando nel 1972 il fisico francese Francis Perrin trovò in alcuni campioni di uranio proveniente dalla miniera Oklo nel Gabon, in Africa occidentale, un’anomalia insolita.
In natura l’uranio ha concentrazioni ben definite tra i suoi tre isotopi: 99,2743% di U238, 0,7202% di U235 e 0,0055% di U234. In quel giacimento la concentrazione di U235 era pari a 0.717%. A noi può sembrare insignificante come differenza, ma scientificamente è molto strana.
All’inizio si pensava a delle reazioni artificiali, in cui l’uranio veniva indotto a fissionare, ma dopo analisi complementari, Perrin e i suoi colleghi hanno confermato che il minerale di uranio era completamente naturale.
Ancora più sorprendente è stata la scoperta di un’impronta di prodotti di fissione nel minerale. Infatti intorno al “reattore” venne trovato dello xeno, prodotto comune nella fissione. La piccola quantità trovata ha suggerito agli scienziati che il reattore si accendesse e spegnesse ripetutamente non permettendo a una quantità maggiore di xeno di depositarsi. (Per maggiori info: Science.org)
La fissione nucleare naturale
Il reattore naturale aveva un funzionamento ciclico con impulsi attivi di 30 minuti separati da periodi di dormienza di 2,5 ore. Queste oscillazioni sono date dalla variazione di acqua che si accumula nelle miniere. Quando si accumulava abbastanza acqua la fissione aveva inizio, facendo bollire ed evaporare l’acqua. Senza acqua la reazione non poteva avvenire quindi il reattore si spegneva, come ha affermato Peter Woods, responsabile del team di produzione di uranio presso l’AIEA:
Come in un reattore nucleare ad acqua leggera artificiale, le reazioni di fissione, senza nulla che rallenti o moderi i neutroni, semplicemente si arrestano. A Oklo, l’acqua ha agito da moderatore, assorbendo i neutroni e controllando la reazione a catena.
Possiamo dire quindi che la Terra aveva trovato in automatico un modo per creare reazioni nucleari a catena autosostenute, senza arrivare ad eventi critici.
I Bacini di Franceville
Il reattore Oklo, è situato più precisamente nella città di Franceville. Ma non è l’unico reattore nella zona. A oggi, sono stati identificati altri 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.
Oggi il reattore nucleare naturale si è spento definitivamente a causa della poca concentrazione di U235, ma 1.7 miliardi di anni fa la concentrazione poteva arrivare addirittura al 3%, la stessa utilizzata oggi dalle moderne centrali nucleari.
Ma se la natura è riuscita a creare in autonomia una centrale nucleare perfetta, perché è così tanto uno scandalo riprodurle anche noi?
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Articolo di: Alessio Spinelli
Fonti: Ministero dell’ambiente, Science, IAEA, Oklo nature’s nuclear reactor
