ชวนรู้จัก “เตาปฏิกรณ์ธรรมชาติ” ธรรมชาติสร้างนิวเคลียร์ สำเร็จก่อนมนุษย์ 2 พันล้านปี !?

ก่อนที่มนุษย์จะสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือแยกอะตอมได้สำเร็จ โลกของเราได้ทำสำเร็จไปก่อนแล้ว ตั้งแต่ 2 พันล้านปีก่อน จนเกิดเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติ Oklo (โอคโล)”

การ “ค้นพบ” ที่เริ่มจากความผิดปกติของยูเรเนียม

ในปี 1972 วิศวกรของโรงงานแปรรูปยูเรเนียม Eurodif (ยูโรดิฟ) ในประเทศฝรั่งเศส ตรวจพบว่าแร่กัมมันตรังสียูเรเนียมจากประเทศกาบง (Gabon) ในแอฟริกาตะวันตก  มีปริมาณของไอโซโทป ยูเรเนียม-235 (U-235) ต่ำกว่าที่ควรจะเป็น ต่อมาจึงได้รู้ว่าแร่ยูเรเนียมดังกล่าวมาจากเหมืองยูเรเนียม Oklo (โอคโล)

ซึ่งโดยปกติแล้ว ยูเรเนียมธรรมชาติจะมี U-235 อยู่ที่ประมาณ 0.720% แต่แร่จาก Oklo (โอคโล) กลับมีเพียง 0.717% แม้ความต่างจะเพียง 0.003% แต่ถือว่าสำคัญมาก เพราะ U-235 ที่เป็นหนึ่งในไอโซโทปของยูเรเนียมในธรรมชาติควรมีสัดส่วนที่คงที่ ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้คือ ยูเรเนียมเหล่านี้ “เคยผ่านกระบวนการแตกตัวนิวเคลียร์ (Nuclear Fission)” มาแล้ว (U-235 แตกตัวทางนิวเคลียร์ แล้วปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา)

การวิเคราะห์เชิงลึกพบร่องรอยไอโซโทป (Isotopic Fingerprints) ที่เกิดขึ้นได้เฉพาะจากปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบลูกโซ่เท่านั้น (นิวตรอนแตกตัว 1 ครั้ง แล้วไปกระตุ้นให้เกิดการแตกตัวครั้งต่อ ๆ ไป) นี่คือหลักฐานชัดเจนว่า ใต้ผิวโลกบริเวณ Oklo (โอคโล) เคยมีเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติอยู่ 

โดยนักวิจัยอธิบายว่า เมื่อราว 2 พันล้านปีก่อน ยูเรเนียมธรรมชาติมี U-235 สูงถึง 3% ใกล้เคียงกับระดับที่ใช้ในเตาปฏิกรณ์สมัยใหม่บางประเภท ทำให้มีศักยภาพเพียงพอในการทำเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ขึ้น

ปัจจัยสำคัญที่ทำให้เตาปฏิกรณ์ใน Oklo (โอคโล) ทำงานได้ ก็คือ “น้ำใต้ดิน” ที่ไหลผ่านรอยแตกและรูพรุนของชั้นหิน น้ำทำหน้าที่เป็นตัวชะลอนิวตรอน (Neutron Moderator) (สารที่ทำให้นิวตรอนแตกตัวเกิดง่ายขึ้น) คล้ายกับน้ำที่ใช้ในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มนุษย์สร้าง โดยเมื่อนิวตรอนถูกชะลอความเร็วลง จะกระตุ้นให้เกิดการแตกตัวของอะตอมในยูเรเนียมเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ดำเนินต่อไปอย่างต่อเนื่อง

เตาปฏิกรณ์ Oklo มีกี่แห่ง และให้พลังงานเท่าไร ?

เตาปฏิกรณ์ใน Oklo (โอคโล) ไม่ได้ทำงานตลอดเวลา แต่ทำงานเป็นรอบ ๆ ปิดเปิดสลับกันไปนานนับแสนปี โดยเมื่อปฏิกิริยานิวเคลียร์สร้างความร้อนสูง น้ำจะเดือดและระเหยออกไป ทำให้ไม่มีตัวชะลอนิวตรอน ปฏิกิริยาจึงหยุดลง เมื่อระบบเย็นตัวลง น้ำใต้ดินไหลกลับมา ปฏิกิริยาก็เริ่มเกิดขึ้นใหม่อีกครั้ง กลไกนี้ถือเป็นระบบควบคุมตัวเองตามธรรมชาติ ที่มีหลักการคล้ายเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำมวลเบา(Light Water Reactor – LWR) เตาปฏิกรณ์ที่ใช้น้ำชะลอนิวตรอนในยุคปัจจุบัน

จากการศึกษา พบเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติอย่างน้อย 15 แห่ง ในแหล่งแร่ของ Oklo (โอคโล) และพื้นที่ใกล้เคียงอย่าง Bangombé (บังกงเบ) เชื่อกันว่าแต่ละแห่งเคยผลิตพลังงานความร้อนประมาณ 100 กิโลวัตต์ โดยแม้จะน้อยมากเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน แต่สำหรับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ถือว่าน่าอัศจรรย์เป็นอย่างยิ่ง

ปัจจุบันทั่วโลกมียูเรเนียมธรรมชาติที่มี U-235 เหลือเพียงประมาณ 0.7% ซึ่งต่ำเกินไปจะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบลูกโซ่ได้เอง หากไม่มีการเสริมสมรรถนะ (Enrichment) โดยมนุษย์ (การเพิ่มสัดส่วน U-235) นั่นหมายความว่า เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติใน Oklo (โอคโล) เป็นปรากฏการณ์ที่เคยเกิดขึ้นได้เพียงที่เดียวในตอนนี้

แหล่งที่มา : International Atomic Energy Agency