Reatores nucleares são capazes de surgir naturalmente?
Em 25 de setembro 1972, uma usina na França anunciou a descoberta de reatores nucleares naturais na África.
Durante a década de 1970, mineiros se depararam com cerca de 17 reatores nucleares no Gabão, enquanto procuravam urânio para abastecer usinas nucleares francesas.
Assim como todo urânio natural, o material encontrado continha três isótopos, que são três formas do mesmo elemento com diferentes massas atômicas. Sendo esses: urânio 238, a forma mais abundante da natureza; urânio 234, o mais raro; e urânio 235 que pode sustentar uma reação nuclear em cadeia, sendo o mais almejado.
Porém, dentre o material coletado pode-se perceber que uma porcentagem menor de urânio 235 que o usualmente encontrado. Em qualquer outra região do planeta, em meteoritos e até mesmo na lua, os átomos de urânio 235 compõem apenas 0,720% do total. Entretanto, nas amostras vindas do depósito de Oklo no Gabão, o urânio 235 constituía apenas 0,717%.
Uma análise mais aprofundada mostrou que cerca de 200kg de urânio 235 estava faltando na mina. Essa quantidade seria o suficiente para fazer uma dúzia de bombas nucleares. A grande questão era entender pra onde foi todo esse material e quem o levou.
Após diversos estudos na região, foram encontradas ainda evidências de lixo nuclear como césio, americium, cúrio e plutônio. Comprovando que de fato uma fissão nuclear havia ocorrido no local das minas. Entretanto, ainda existiam algumas perguntas não respondidas, como o fato do urânio encontrado apresentar uma datação de 2 bilhões de anos. Esse fato é no mínimo intrigante, quando lembramos que nessa época não existia qualquer forma de vida macroscópica na terra, sendo “dominada” apenas pelos micróbios.
Sendo assim, a hipótese mais aceita é a de que tais reatores são derivados de formações naturais. Porém, como isso ocorreu e quais as chances de que se repita?
Existem 4 condições que precisam ser atendidas para que um reator nuclear natural estável se desenvolva:
O tamanho do depósito de urânio deve exceder o comprimento médio que os nêutrons que induzem as fissões viajam (cerca de 66cm) – eles também devem ter uma alta concentração de uranio;
O urânio deve conter uma quantidade significativa de uranio 235 (no mínimo 3%);
Deve haver um moderador (algo que possa retardar os nêutrons produzidos na fissão do urânio);
Não deve haver quantidade significativas de elementos que absorvem nêutrons como prata e boro, eles inibem uma reação nuclear autossustentável.
Estudos indicam que o reator nuclear da mina de urânio encontrada, tinha vários quilômetros de comprimento. Para um grande reator nuclear como este, o impacto térmico no ambiente chegava a cerca de 40 metros ao seu redor.
Geologicamente, o Gabão é constituído principalmente por rochas ígneas e metamórficas de quase dois bilhões de anos da era Paleoproterozoica. Isso permite que essa crosta apresente recursos naturais como magnésio, ouro, urânio e petróleo.
Além disso, a região apresenta um solo argiloso, que facilita a penetração do urânio por meio das chuvas. Esse fator contribui para a formação de poços subterrâneos concentrados de urânio. Porém como listado acima, é necessário que o urânio 235 esteja disponível em uma alta porcentagem. Sendo que o percentual mínimo para tal é de 3%, que não existe na natureza e por isso o elemento passa por um processo de enriquecimento, que pretende aumentar artificialmente essa porcentagem de urânio 235.
Se esse é o cenário atual, como foi possível a criação de um reator naturalmente?
Acontece que existe a meia-vida, isso é o tempo necessário para que metade dos núcleos radioativos desintegre-se. Esse tempo para o urânio é de 700 milhões de anos, ou seja, de 700 em 700 milhões de anos essa porcentagem cai pela metade.
Seguindo esse raciocínio, no começo de tudo a concentração desse isótopo era de 17%, chegando ao percentual de 3% na época em que os reatores do Gabão se formaram. Sendo assim, os reatores desativaram possivelmente por conta de um esgotamento dessa concentração de urânio 235.
Então já temos uma alta concentração de urânio 235 nos subterrâneos do local, porém esse material só é solúvel em sua forma oxidada e o moderador mais comum nos reatores modernos é a água. Primeiramente, os moderadores são responsáveis por aprimorar e induzir a reação em cadeia. Além disso, a água em si também pode funcionar como um refrigerador evitando reações descontroladas.
A situação do oxigênio está relacionada ao Grande Evento de Oxidação que ocorreu há 2,4 bilhões de anos, o que favoreceu esses processos geoquímicos do urânio e a possibilidade da fissão nuclear. Posto isso, todas as condições permitiram que as fissões nucleares ocorressem de maneira natural há 2 bilhões de anos no Gabão.
Os cientistas explicam o funcionamento da seguinte forma: o urânio presente em poços subterrâneos era coberto pela água, também subterrânea, que regulava os nêutrons e auxiliava na reação em cadeia gerando energia. Essa, por sua vez acabava por transformar a água em vapor através do aquecimento, sendo que quando a água esgotava a reação parava. Assim que o reator resfriasse e a água voltasse para caverna, por meio da filtragem do solo, a reação era retomada. Segundo os pesquisadores, esse ciclo durava 30 minutos tendo intervalos de 2,5 horas, ademais esse processo intercalado impediu que as reações saíssem do controle.
Em suma, 17 desses reatores foram encontrados no Gabão, a grande maioria estava na mina de urânio de Oklo e o menor de todos, estava a 30km de distância em Bangombé. Esse último teve a melhor preservação, principalmente para esses estudos realizados elucidando o comportamento dos reatores e de seus rejeitos radioativos. Os demais foram parcialmente ou completamente minerados e estão alagados.
As análises, também mostraram que esses reatores estiveram em operação durante 150 mil anos, consumindo mais de cinco toneladas de urânio 235, tendo uma potência média de 100kW de energia. Esse valor seria suficiente para abastecer de forma constante dezenas de casas, 225 computadores ou até 1000 lâmpadas.
Arrematando tudo o que foi dito, existem dois pontos surpreendentes neste caso. Primeiramente, o fato de não haver indícios da alta radioatividade na região, assim como, não existem sinais de exposição dessa radiação na vida selvagem local. Isso se deve, a geologia da área que foi capaz de manter esses resíduos ainda no local da mina.
Por fim, os reatores modernos precisam de condições extremamente precisas e favoráveis para que essas reações nucleares ocorram de forma otimizada e controlada. Pesquisadores como Meshik ressaltam “É incrível que não tenha explodido. Em vez disso, o reator lançava energia em pulsos regulares” sobre os reatores encontrados na África. Sendo minimamente curioso que essa situação só tenha ocorrido uma única vez e que tenha se mantido ativo e controlado por mais de 100 mil anos.
Referências:
Rochas foram capazes de gerar energia há 2 bilhões de anos - 30/06/2022 - Ciência Fundamental - Folha (uol.com.br)
Existe um reator nuclear natural de 2 bilhões de anos na África - Revista Galileu | Ciência (globo.com)
Você Nem Sabia – O Fenômeno de Oklo: Reatores nucleares de fissão na Natureza — Instituto de Engenharia Nuclear - IEN (www.gov.br)
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