Tiến sĩ Gropman từng ngưỡng mộ: “Những tình huống phát sinh trong lò phản ứng Oklo phối hợp với nhau thống nhất một cách kỳ diệu, thật không thể tin được”. Nếu những thiết kế phức tạp này chỉ là sự trùng hợp ngẫu nhiên từ tự nhiên, thì chúng ta chỉ có thể nói đó là tác phẩm của sức mạnh siêu nhiên.
Xin chào quý vị độc giả, chào mừng đến với “Bí ẩn chưa được giải đáp”!
Hôm nay chúng tôi sẽ giới thiệu với các bạn một hiện vật phi thường hiếm có, đó là lò phản ứng hạt nhân cách đây hai tỷ năm, toàn thế giới chỉ có một. Hơn nữa, phương thức hoạt động đặc biệt kỳ lạ và phương pháp xử lý chất thải hạt nhân của nó đã khiến các nhà khoa học đương thời phải kinh ngạc.
Câu chuyện bắt đầu từ Gabon, một đất nước Châu Phi nhỏ bé. Gabon nằm ở miền Trung và Tây Phi, là thuộc địa của Pháp. Thuở ban đầu, nó có diện tích chỉ 270.000 km vuông, dân số chưa đến 2 triệu người. Mặc dù đất nước này nhỏ nhưng rất giàu khoáng sản, bao gồm dầu mỏ, magie, sắt, vàng, uranium, v.v. Bằng cách xuất khẩu các khoáng sản này, người Gabon có cuộc sống tốt hơn các nước láng giềng.
Năm 1968, nước Pháp đã phát hiện mỏ quặng uranium ở khu vực Oklo tương đối phong phú nên đã tiến hành khai quật. Năm 1972, một nhà máy nhiên liệu hạt nhân ở Pieratt, Pháp đã nhập khẩu quặng uranium ở Oklo. Đúng lúc này người ta phát hiện ra một hiện tượng kỳ lạ.
Trong khi tiến hành phân tích khoáng thạch để tinh luyện uranium hexafluoride (UF6), nhân viên Bauziquis phát hiện ra rằng hàm lượng của đồng vị uranium-235 chỉ là 0,717%, thay vì hàm lượng bình thường trong tự nhiên là 0,720%. Sau đó, người ta đo được một số lô nguyên liệu uranium từ khu vực khai thác cũng có kết quả thấp như vậy. Hiện tượng bất thường này đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học. Chúng ta cần biết rằng ở hầu hết mọi nơi trên trái đất, ngay cả trên mặt trăng hay trong các thiên thạch, hàm lượng tự nhiên của đồng vị uranium-235 luôn là 0,720%.
Mặc dù nó chỉ là một sự khác biệt nhỏ, nhưng ý nghĩa rất quan trọng. Nó đủ để khiến các nhà khoa học nghi ngờ rằng quặng uranium ở Oklo có thể không phải là một sản phẩm tự nhiên.
Có thể là những quặng này đã qua xử lý thủ công? Trước những nghi ngờ, các nhà khoa học đã tiến hành điều tra thực địa và phát hiện ra rằng mặc dù mỏ uranium ở Oklo là một mỏ cao sản có hàm lượng uranium cao, nhưng hàm lượng đồng vị uranium-235 trung bình trong toàn bộ khu vực khai thác chỉ là 0,62%, chỗ thấp nhất chỉ có 0,296%. Điều này là khá bất thường.
Các nhà khoa học đã nhanh chóng triển khai nghiên cứu, và sớm phát hiện ra nguyên nhân – sự phân hạch hạt nhân. Tại sao? Bởi vì các hạt nhân ban đầu nặng hơn sẽ tạo ra các nguyên tố nhẹ mới khi chúng bị phân hạch, và hàm lượng các nguyên tố nhẹ trong quặng uranium này cực kỳ cao, nên không có cách giải thích nào khác ngoại trừ sự phân hạch hạt nhân. Nói cách khác, những quặng uranium này đã từng được sử dụng làm nguyên liệu cho các phản ứng hạt nhân.
Lời giải thích này khiến chính các nhà khoa học phải sửng sốt. Như chúng ta đã biết, nhà khoa học Marie Curie chỉ mới phát hiện ra uranium hơn một trăm năm trước, và nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới ra đời ở Anh vào năm 1956. Nhưng mỏ uranium ở Oklo được chôn sâu trong lòng đất và có niên đại lâu đời, rõ ràng nó không phải là chất thải của ngành công nghiệp hạt nhân hiện đại.
Sau khi kết quả khảo sát được báo cáo cho Viện Hàn lâm Khoa học Pháp, chúng đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà vật lý trên toàn thế giới, và các chuyên gia đã đổ xô tiến hành nhiều nghiên cứu khác nhau về mỏ uranium ở Oklo.
Vào tháng 6/1975, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế đã tổ chức một hội thảo học thuật đặc biệt tại Libreville, thủ đô của Gabon. Các nhà vật lý đã tập hợp lại với nhau để chia sẻ nghiên cứu của họ về “hiện tượng Oklo”, và cuối cùng kết luận rằng có 16 lò phản ứng hạt nhân trong khu vực khai thác Oklo đã hoạt động không liên tục trong khoảng 50 vạn năm (nửa tỷ năm), vào khoảng 2 tỷ năm trước. Công suất đầu ra xấp xỉ 100kW/giờ, có thể cấp điện cho vài chục lò nướng bánh để hoạt động.
Điều này thực sự đáng ngạc nhiên. Nếu những lò phản ứng hạt nhân này hình thành tự nhiên, thì tại sao chúng không phát nổ và tự hủy sau khi chuỗi phản ứng phân hạch hạt nhân bắt đầu? Cơ chế nào đã giúp chúng có thể tự điều chỉnh và hoạt động ổn định liên tục trong hàng trăm nghìn năm? Và chất thải hạt nhân phóng xạ được xử lý an toàn như thế nào?
Để trả lời những câu hỏi trên, các nhà khoa học đã dày công nghiên cứu trong hơn 40 năm. Tuy nhiên, khi câu đố được giải khai, người ta ngày càng có xu hướng tin rằng, lò phản ứng hạt nhân Oklo có thể không hình thành một cách tự nhiên.
Tại sao nói như vậy? Chúng ta hãy cùng điểm qua 3 điểm đặc biệt của lò phản ứng hạt nhân Oklo được các nhà khoa học tiết lộ.
Hàm lượng uranium bất thường
Uranium-235 phải đủ giàu để đạt đến hàm lượng tới hạn có thể gây ra một chuỗi phản ứng phân hạch hạt nhân. Ngày nay, ngay cả mỏ uranium có trữ lượng lớn nhất và nồng độ cao nhất cũng không thể là lò phản ứng hạt nhân tự nhiên vì nồng độ uranium-235 quá thấp, thậm chí dưới 1%. Theo tính toán, khi mỏ uranium Oklo được hình thành cách đây 2 tỷ năm, tỷ lệ uranium-235 là gần 4%, gần tương đương với nồng độ của nhiên liệu uranium làm giàu tinh chế nhân tạo được sử dụng trong hầu hết các nhà máy điện hạt nhân hiện nay. Nói cách khác, quặng uranium ở Oklo có lẽ cũng đã được tinh luyện nhân tạo.
Mô thức “mạch nước phun” kỳ diệu bất biến trong 50 vạn năm
Ở đây, trước tiên chúng ta hãy phổ cập kiến thức về hạt nhân: sự phân hạch hạt nhân bắt đầu bằng một neutron ngẫu nhiên đâm vào. Nó sẽ khiến một nguyên tử hạch uranium-235 bị phân rã, gọi là phản ứng phân hạch. Sự phân hạch tạo ra nhiều neutron hơn, và sau đó nó sẽ khiến các hạt nhân khác tiếp tục phân rã, và cứ thế tạo thành phản ứng phân hạch dây chuyền.
Để một lò phản ứng hạt nhân uranium-235 hoạt động ổn định, cần phải có “chất điều tiết” neutron để xúc tác quá trình phân hạch hạt nhân, và “chất độc neutron” để khống chế tốc độ phản ứng hạt nhân. Cả hai đều không thể thiếu.
Chỉ dưới sự bắn phá của các neutron chậm, thì sự phân hạch của uranium-235 mới tạo ra năng lượng. Khi neutron tách ra khỏi các nguyên tử uranium, chúng có tốc độ rất nhanh, vì vậy cần phải có một loại “chất điều tiết” nào đó để làm chậm tốc độ của neutron được giải phóng trong quá trình phân hạch hạt nhân uranium, như vậy mới có thể khiến phản ứng hạt nhân tiếp tục. Trong các nhà máy điện hạt nhân nói chung, nước nhẹ hoặc nước nặng được sử dụng làm chất điều tiết.
Đồng thời, để đảm bảo sự hoạt động ổn định của các lò phản ứng hạt nhân và ngăn ngừa các vụ nổ hạt nhân, các lò phản ứng hạt nhân sẽ sử dụng “chất độc neutron” để kiểm soát tốc độ của chuỗi phản ứng hạt nhân, bằng cách hấp thụ lượng neutron tự do dư thừa. Vật liệu hấp thụ neutron tự do dư thừa này thường được đặt trong các thanh khống chế của lò phản ứng.
Lò phản ứng hạt nhân Oklo khéo léo sử dụng mô thức mạch nước phun. Nghiên cứu của nhà khoa học Nga, Giáo sư Alex P. Meshik cho thấy lò phản ứng Oklo được sử dụng không liên tục, hoạt động trong 30 phút, sau đó tắt trong ít nhất 2 giờ 30 phút, rồi khởi động lại. Nó sử dụng mạch nước ngầm làm chất điều tiết neutron để làm chậm các neutron nhanh được tạo ra trong quá trình phân hạch của uranium-235, giúp phản ứng dây chuyền tiếp tục. Nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng hạt nhân làm nước ngầm nóng lên, sôi và hóa hơi, và sau đó trong một vụ phun trào ngoạn mục khiến toàn bộ lượng nước sôi trong lòng đất được phun hết ra ngoài. Lúc đó không còn nước là chất điều tiết neutron nữa, phản ứng dây chuyền sẽ dừng lại.
Sau đó, nước từ từ rút trở lại lò phản ứng, neutron đã được làm chậm thích hợp, quá trình phân hạch hạt nhân lại bắt đầu, và lò phản ứng bắt đầu hoạt động trở lại. Lặp đi lặp lại theo cách này, dòng nước liên tục lưu nhập lò sau khi phun trào, cùng với quá trình sôi và hóa hơi đã đóng vai trò của các thanh khống chế trong lò phản ứng hiện đại, giúp cho lò phản ứng hoạt động ổn định trong hàng chục nghìn năm mà không xảy ra bất kỳ sự cố cháy nổ nào.
Tuy nhiên, mạch nước phun rất hiếm có trong tự nhiên, vì điều kiện tạo thành nó là phi thường khắc nghiệt. Ngoài nguồn địa nhiệt, nước ngầm còn phải có cấu tạo địa chất thủy văn đặc biệt. Mặt đất phải có hệ thống khe nứt dẫn xuống vùng địa nhiệt, đồng thời phải có vật liệu đặc biệt là SiO2, chất này được hòa tan từ nham thạch và lắng đọng ở thành trong của hệ thống dẫn lưu của mạch nước phun, làm cho nó kín lại, thì áp lực do mặt đáy tạo ra mới có thể đẩy toàn bộ nước lên đỉnh mà không bị rò rỉ ra ngoài, từ đó cho phép nước phun trào ra.
Và vì lượng nước và nhiệt độ nước của mạch nước ngầm dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh, nên hầu như không có mạch nước phun nào có thể tiếp tục phun trào thường xuyên. Hiện tại, chỉ có Công viên Yellowstone ở Mỹ là đều đặn hơn. Nhưng cũng không ổn định, năm 1939, khoảng thời gian phun trào trung bình là 66,5 phút, nay đã nâng dần lên 90 phút. Nếu cứ tiếp tục như vậy, sau một nghìn năm, có lẽ chúng ta sẽ không còn gặp lại hiện tượng phun trào nữa. Thế nhưng, hệ thống mạch nước phun của Oklo đã hoạt động ổn định trong 50 vạn năm, phun trào thường xuyên, không thay đổi theo sự biến đổi của các nhân tố bên ngoài. Nếu không có hệ thống điều khiển thông minh để điều chỉnh cân bằng bất cứ lúc nào, thật khó để hình dung làm sao thực hiện điều này.
Phương thức xử lý chất thải hạt nhân khéo léo
Mọi người đều biết rằng xử lý chất thải hạt nhân là một việc rất phiền toái trong ngành công nghiệp hạt nhân hiện đại.
Lò phản ứng hạt nhân Oklo dài vài kilomét. Đối với một lò phản ứng hạt nhân khổng lồ như vậy, vùng can nhiễu nhiệt đối với môi trường xung quanh được giới hạn trong phạm vi 40 mét xung quanh vùng phản ứng. Điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là chất thải sinh ra từ phản ứng hạt nhân không phát tán mà chỉ tập trung quanh khu vực mỏ. Làm thế nào điều này được thực hiện?
Một trong những sản phẩm phụ nguy hiểm nhất của quá trình phân hạch hạt nhân là chất phóng xạ cesium, có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng nếu nó rò rỉ vào đất hoặc nước. Tiến sĩ Evan Groopman thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ phát hiện ra rằng chất cesium do lò phản ứng hạt nhân Oklo tạo ra đã được kết hợp một cách khéo léo với một sản vật phân hạch khác, trong kết cấu phân tử của ruthenium, từ đó khiến nó không bị rò rỉ ra từ lò phản ứng hạt nhân cổ đại.
Một sản vật khác của phân hạch hạt nhân là khí xenon phóng xạ, hiện tại thường được các nhà máy điện hạt nhân hiện đại thải vào khí quyển. Nghiên cứu của Giáo sư Meschick đã chỉ ra rằng nước trong mạch nước phun Oklo sau khi phun trào, nhiệt độ giảm xuống sẽ khiến nhôm phốt-phát tích xuất. Các hạt nhôm phốt-phát trong quá trình hình thành sẽ giữ lại khí xenon thoát ra và nhốt chặt nó trong các tinh thể của chính nó.
Điều này thực sự tuyệt vời. Ai đã phát hiện ra tác dụng đặc biệt của ruthenium và nhôm phốt-phát, và những phương pháp tài tình nào đã được sử dụng để khiến những chất phóng xạ đó ngoan ngoãn chui vào lồng?
Tiến sĩ Gropman từng ngưỡng mộ: “Những tình huống phát sinh trong lò phản ứng Oklo phối hợp với nhau thống nhất một cách kỳ diệu, thật không thể tin được”. Nếu những thiết kế phức tạp này chỉ là sự trùng hợp ngẫu nhiên từ tự nhiên, thì chúng ta chỉ có thể nói đó là tác phẩm của sức mạnh siêu nhiên.
Các nhà khoa học nói rằng tuổi của trái đất là 4,5 tỷ năm. Lịch sử loài người chúng ta được ghi lại là khoảng 5.000 năm. Năm nghìn năm trước đó là thời tiền sử? Còn trước thời tiền sử thì sao? Không ai biết. Nhưng lịch sử chính là tồn tại vĩnh hằng siêu việt sinh mệnh của chúng ta.
Người ta thường nói rằng lịch sử được lặp lại. Nếu đúng như vậy, thì trong 4,5 tỷ năm ấy, đã có bao nhiêu nền văn minh và bao nhiêu nhân loại đã ở đó trong quá trình sáng thế, thịnh vượng, suy tàn và bị hủy diệt?
Và trái đất, cách đây hai tỷ năm, liệu có phải là một hành tinh cô đơn?
- Trọn bộ Bí ẩn chưa được giải đáp
Theo Epoch Times, Hương Thảo biên dịch