Reactor nuclear natural de Oklo

En la región de Oklo se han identificado 16 reactores nucleares naturales: localizaciones con reacciones autosostenidas de fisión nuclear que tuvieron lugar hace aproximadamente 1700 millones de años, y estuvieron en funcionamiento durante varios cientos de miles de años,

Situación geológica en Gabón que desencadena reactores de fisión nuclear.
1. Zona donde ocurrieron las reacciones de fisión
2. Arenisca
3. Mena de uranio
4. Granito

Descubrimiento del reactor fósil de Oklo

Gabón era una colonia francesa cuando el Commissariat à l'énergie atomique (CEA) realizó los primeros análisis del subsuelo desde la base del MABA en Franceville, más concretamente por su brazo industrial que más tarde se convirtió en Cogema, lo que condujo en 1956 al descubrimiento de yacimientos de uranio en la región.

Francia abrió casi inmediatamente minas, gestionadas por la Compagnie des mines d'uranium de Franceville (COMUF), para explotar los recursos, cerca del pueblo de Mounana. Tras la independencia en 1960, el Estado gabonés recibió una pequeña parte [ref. necesaria] de los beneficios de la empresa.

El "fenómeno Oklo" fue descubierto en 1972 por el laboratorio de la planta de enriquecimiento de uranio de Pierrelatte (Francia). Los análisis de rutina de una muestra de uranio natural revelaron un déficit leve pero anormal de uranio 235. La proporción normal de ²³⁵U es del 0,7202%, mientras que esta muestra sólo tenía un 0,7171%. Como las cantidades de isótopos fisionables están catalogadas con precisión, había que explicar esta diferencia, por lo que el CEA inició una investigación sobre muestras procedentes de todas las minas explotadas en Francia, Gabón y Níger por el CEA y en todas las fases de tratamiento del mineral y de purificación del uranio.​

Para los análisis del contenido de uranio y de ²³⁵U, el departamento de producción del CEA se apoya en el laboratorio de análisis de la planta de Pierrelatte y en el laboratorio central de análisis y control del CEA en el centro CEA de Cadarache, dirigido por Michèle Neuilly, donde Jean François Dozol se encarga de los análisis por espectrometría de masas.

Los análisis efectuados en Pierrelatte y Cadarache demostraron que los uranatos de magnesio procedentes de Gabón presentaban un déficit variable pero constante de ²³⁵U. El 7 de julio de 1972, los investigadores del CEA Cadarache descubrieron una anomalía en el mineral de uranio de Oklo, en Gabón. Su contenido en ²³⁵U era muy inferior al observado habitualmente​. Los análisis isotópicos permitieron identificar la fuente del agotamiento del ²³⁵U: el uranio empobrecido procedía del mineral de Oklo, en Gabón, explotado por COMUF. A continuación se llevó a cabo una campaña de análisis sistemáticos en los laboratorios de Cadarache y Pierrelatte (mediciones del contenido de uranio, mediciones del contenido isotópico). En las muestras de Oklo, los analistas de Cadarache constataron una carencia de ²³⁵U en el uranato de magnesita de la planta de Mounana (²³⁵U = 0,625%) y una carencia aún mayor en el uranato de magnesita (Oklo M) (²³⁵U = 0,440%): los minerales Oklo 310 y 311 tienen contenidos de uranio del 12% y 46% respectivamente y contenidos de ²³⁵U del 0,592% y 0,625%.

En este contexto, J. F. Dozol tomó la iniciativa de analizar las muestras de uranato de magnesio y de mineral de Oklo en el espectrómetro de masas AEI MS 702 Spark Source Mass Spectrometer (SMSE).

Placa fotográfica obtenida en el espectrómetro de masas

La ventaja de la SMSE es su capacidad para producir cantidades sustanciales de iones a partir de todos los elementos presentes en los electrodos. Los electrodos, entre los que se genera una chispa, deben ser conductores (para conseguirlo, las muestras de Oklo se mezclaron con plata de gran pureza). Todos los isótopos de la muestra, desde el litio hasta el uranio, se trazan en una placa fotográfica (véase la foto de la placa más abajo). Al examinar la placa, J.F. Dozol observó en particular para Oklo 311 mineral con un contenido de uranio muy elevado :

- elementos presentes en cantidades significativas en torno a las masas 85-105 y 130-150, que corresponden a los dos baches de los rendimientos de fisión del ²³⁵U. (La distribución en masa de los productos de fisión sigue una curva en "joroba de camello", con dos máximos),

- los últimos lantánidos (del holmio al lutecio) no se detectan (más allá de la masa166). En la naturaleza se encuentran los 14 lantánidos; en el combustible nuclear, al haber sufrido reacciones de fisión, no se detectan los isótopos de los últimos lantánidos.

El siguiente paso es el análisis isotópico de determinados elementos en un espectrómetro de masas de termionización tras la separación química del neodimio y el samario. De los primeros análisis del uranato "M" de Oklo y del mineral Oklo 311 se desprende que la composición isotópica del neodimio y del samario es mucho más próxima a la que se encuentra en el combustible irradiado que a la del elemento natural. La detección de isótopos ^142Nd y ^146Sm no producidos por fisión indica que estos elementos también están presentes en estado natural, del que se puede sustraer su contribución.​

Estos resultados se comunicaron a Jean Claude Nimal, neutronista del CEA Saclay, que estimó el flujo neutrónico recibido por la muestra analizada a partir de su déficit de ²³⁵U. Esto permitió estimar la captura de neutrones por los isótopos ¹⁴³Nd y ¹⁴⁵Nd, lo que conduce a la formación adicional de ¹⁴⁴Nd y 146Nd respectivamente. Este exceso debe restarse para obtener los rendimientos de fisión del ²³⁵U. Puede observarse (véase la tabla siguiente) que existe concordancia entre los rendimientos de fisión (M) y los resultados corregidos (C) por la presencia de neodimio natural y la captura de neutrones.​

Isotopos de neodimio	143	144	145	146	148	150
C/M	0,99	1,00	1,00	1,01	0,98	1,06

Valoraciones

El doctor Glenn T. Seaborg, exjefe de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos y ganador del Premio Nobel por su trabajo en la síntesis de elementos pesados, señaló que para que el uranio “queme” en una reacción, se necesitan condiciones muy precisas. Se necesita agua como moderador para desacelerar los neutrones liberados cuando cada átomo de uranio se divide, de manera que se pueda mantener la reacción en cadena. Esta agua debe ser extremadamente pura. Incluso unas pocas partes por millón de cualquier contaminante "envenerarían" la reacción, llevándola a detenerse. Cómo pudieron surgir las condiciones necesarias bajo tierra en circunstancias naturales, dijo el Dr. Seaborg, es "realmente desconcertante".​

Véase también

• Oklo

Enlaces externos

• "Reactores fósiles", Guillermo Sánchez, 2009
• "Oklo - Un reactor nuclear de hace 1800 millones de años", por el Dr. S. Eklund (en inglés)

• Datos: Q12029714
• Multimedia: Natural nuclear fission reactor / Q12029714