{"id":"fizyka-2019-maj-matura-rozszerzona/zad/12","paper_id":"fizyka-2019-maj-matura-rozszerzona","number":"12","points":null,"ptype":"open","subject":"fizyka","category":"matura","year":2019,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 12.\nOkoło 2 miliardów lat temu w złożach uranu w okolicach Oklo w Gabonie dochodziło do\nreakcji łańcuchowej rozszczepienia jąder uranu. Skąd o tym wiemy? Na pierwszy ślad tego\nzjawiska natrafiono w 1972 roku podczas rutynowych testów próbek z kopalni uranu w Oklo.\nOkazało się, że zawartość izotopu 235U w złożu (w stosunku do innych izotopów uranu) była\nmniejsza niż w innych tego typu złożach. Ze względu na to przeprowadzono różnego rodzaju\nbadania złoża w Oklo - sprawdzano nie tylko zawartości izotopów uranu, lecz także izotopów\nbędących produktem jego rozszczepienia: neodymu i rutenu. Okazało się, że w przypadku\nwszystkich badanych izotopów zawartość odbiegała od oczekiwanej: np. zawartość izotopu\n99Ru, będącego typowym produktem rozszczepienia uranu za pomocą neutronów termicznych\n(neutronów o stosunkowo małych energiach kinetycznych), była ponad dwukrotnie większa niż\nw innych złożach. Wywnioskowano stąd, że w obrębie złoża w Oklo doszło do powstania\nnaturalnego reaktora jądrowego. Obecnie w żadnym złożu na Ziemi nie zachodzi podobne\nzjawisko, ponieważ nigdzie nie ma już dostatecznie dużej zawartości izotopu uranu 235U.\nW przypadku reaktora w Oklo wynosiła ona (2 miliardy lat temu) około 3% całej masy uranu\nw złożu, czyli mniej więcej tyle, ile stosuje się we współczesnych reaktorach. Są jeszcze inne\nwarunki, które muszą być spełnione, aby naturalny reaktor jądrowy mógł zadziałać.\nRozmiar złoża uranu (o odpowiedniej zawartości izotopu 235U) powinien przekraczać\nśredni zasięg neutronów rozszczepiających, co odpowiada wielkości złoża równej\nokoło 70 cm.\nMusi być obecny moderator, czyli substancja, która spowalnia neutrony powstałe\nw wyniku rozszczepienia na tyle, by te mogły rozszczepić kolejne jądra uranu.\nW złożu powinna być niska koncentracja innych niż uran pierwiastków absorbujących\nneutrony.\nMechanizm działania reaktora w Oklo polegał na tym, że w złożu uranu występowała woda\ngruntowa, która działała jako moderator reakcji rozszczepienia: pozwalała rozpocząć się reakcji\nłańcuchowej. W momencie, kiedy ciepło generowane w rozszczepieniach powodowało, że\nwoda wyparowywała, moderator znikał i łańcuchowa reakcja rozszczepienia zwalniała lub\nustawała. Następnie, gdy złoże się schłodziło i woda gruntowa z powrotem wsączała się w jego\nobręb, reakcja ponownie się rozpoczynała. Na podstawie badań pozostałości produktów\nrozszczepienia obecnych w minerałach złoża oszacowano, że cykl ten składał się\nz trzydziestominutowej reakcji łańcuchowej, a następnie dwuipółgodzinnego schładzania złoża\ni powrotu wody gruntowej.\nNa podstawie: Grzegorz Lizurek, Pierwszy reaktor jądrowy, „Delta”, maj 2015.\nMFA_1R","answer":null,"answer_text":null,"solution":null,"image":"img/fizyka-2019-maj-matura-rozszerzona/zad-12.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":18,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":null,"solution_source":null,"text_source":"ocr","source_label":"Fizyka · Matura · maj 2019 (rozszerzona)","subject_label":"Fizyka","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 12.
Około 2 miliardów lat temu w złożach uranu w okolicach Oklo w Gabonie dochodziło do
reakcji łańcuchowej rozszczepienia jąder uranu. Skąd o tym wiemy? Na pierwszy ślad tego
zjawiska natrafiono w 1972 roku podczas rutynowych testów próbek z kopalni uranu w Oklo.
Okazało się, że zawartość izotopu 235U w złożu (w stosunku do innych izotopów uranu) była
mniejsza niż w innych tego typu złożach. Ze względu na to przeprowadzono różnego rodzaju
badania złoża w Oklo - sprawdzano nie tylko zawartości izotopów uranu, lecz także izotopów
będących produktem jego rozszczepienia: neodymu i rutenu. Okazało się, że w przypadku
wszystkich badanych izotopów zawartość odbiegała od oczekiwanej: np. zawartość izotopu
99Ru, będącego typowym produktem rozszczepienia uranu za pomocą neutronów termicznych
(neutronów o stosunkowo małych energiach kinetycznych), była ponad dwukrotnie większa niż
w innych złożach. Wywnioskowano stąd, że w obrębie złoża w Oklo doszło do powstania
naturalnego reaktora jądrowego. Obecnie w żadnym złożu na Ziemi nie zachodzi podobne
zjawisko, ponieważ nigdzie nie ma już dostatecznie dużej zawartości izotopu uranu 235U.
W przypadku reaktora w Oklo wynosiła ona (2 miliardy lat temu) około 3% całej masy uranu
w złożu, czyli mniej więcej tyle, ile stosuje się we współczesnych reaktorach. Są jeszcze inne
warunki, które muszą być spełnione, aby naturalny reaktor jądrowy mógł zadziałać.
Rozmiar złoża uranu (o odpowiedniej zawartości izotopu 235U) powinien przekraczać
średni zasięg neutronów rozszczepiających, co odpowiada wielkości złoża równej
około 70 cm.
Musi być obecny moderator, czyli substancja, która spowalnia neutrony powstałe
w wyniku rozszczepienia na tyle, by te mogły rozszczepić kolejne jądra uranu.
W złożu powinna być niska koncentracja innych niż uran pierwiastków absorbujących
neutrony.
Mechanizm działania reaktora w Oklo polegał na tym, że w złożu uranu występowała woda
gruntowa, która działała jako moderator reakcji rozszczepienia: pozwalała rozpocząć się reakcji
łańcuchowej. W momencie, kiedy ciepło generowane w rozszczepieniach powodowało, że
woda wyparowywała, moderator znikał i łańcuchowa reakcja rozszczepienia zwalniała lub
ustawała. Następnie, gdy złoże się schłodziło i woda gruntowa z powrotem wsączała się w jego
obręb, reakcja ponownie się rozpoczynała. Na podstawie badań pozostałości produktów
rozszczepienia obecnych w minerałach złoża oszacowano, że cykl ten składał się
z trzydziestominutowej reakcji łańcuchowej, a następnie dwuipółgodzinnego schładzania złoża
i powrotu wody gruntowej.
Na podstawie: Grzegorz Lizurek, Pierwszy reaktor jądrowy, „Delta”, maj 2015.
MFA_1R

","solutions":[]}