VIII. EL REACTOR NUCLEAR DE OKLO

DESPU�S DE haber realizado un recorrido de 90 a�os a trav�s de la historia de la radiactividad, ahora trataremos de un hecho descubierto hace poco tiempo.

La compa��a de minas de uranio de Franceville, Gab�n, �frica (Fig. 32), concentraba el uranio proveniente de las minas de uranio con el prop�sito final de producir combustible para reactores nucleares. En el mercado de uranio enriquecido, la concentraci�n de uranio-235 en la naturaleza es un valor de referencia que se expresa en un porcentaje de la masa total de uranio, y es de poco menos de 0.72%. Se utiliza en los contratos de enriquecimiento para evaluar el trabajo de separaci�n. Esta norma parece ser representativa del contenido isot�pico del uranio-235 de la mayor parte del uranio natural conocido. Pero en el a�o de 1972 se dio a conocer un fen�meno realmente curioso en la compa��a de minas: se encontr� un contenido demasiado bajo de uranio-235 en su producto. Rastreando el fen�meno, se descubri� que ese mineral proven�a precisamente de la cantera de Oklo. Este yacimiento de uranio abarca una superficie de aproximadamente 35 000 km².

El impacto de este descubrimiento fue tan grande que se tom� la decisi�n de interrumpir la explotaci�n del mineral para permitir estudios cient�ficos del fen�meno. Como consecuencia de estos estudios, en 1975 se realiz� en Libreville, Gab�n, un coloquio internacional, que fue el primero de una serie, ya que este hecho notorio fue el objeto de numerosos trabajos y muchos coloquios consagrados a los aspectos geol�gicos, geoqu�micos y nucleares del fen�meno.

Los estudios permitieron realizar una evaluaci�n muy completa sobre el fen�meno, incluyendo la cantidad del uranio-235 faltante de los dep�sitos del mineral de uranio. �C�mo se podr�a explicar la p�rdida de uranio-235? �Podr�a deberse a un consumo de este is�topo del uranio en un proceso de fisi�n nuclear?

De hecho, hac�a ya varios a�os, en 1956, mucho antes del descubrimiento realizado en Oklo, un f�sico norteamericano, P. K. Kuroda, hab�a considerado la posibilidad de que la fisi�n nuclear pudiera haberse presentado hace miles de millones de a�os.

Ya es bien conocido por el lector que el uranio en la naturaleza est� formado de varios is�topos, pero son dos los que existen en mayor cantidad: el m�s abundante por mucho es el uranio-238, y el menos el uranio-235, pues el uranio-235, siendo m�s inestable, tiene -una vida media m�s corta que el uranio-238. Ya se ha visto tambi�n la propiedad que tiene el uranio-235 de fisionarse mucho m�s f�cilmente que el uranio-238 al interactuar con los neutrones lentos. De hecho, se requiere el combustible de uranio enriquecido en uranio-235 para extraer comercialmente la energ�a de su n�cleo en un proceso en cadena.

El uranio no ha tenido siempre la misma relaci�n isot�pica en la naturaleza, ya que hace aproximadamente 700 000 000 de a�os exist�a dos veces m�s de uranio-235, pero la cantidad de uranio-238 era muy poco mayor a la que existe actualmente. Por esto, la cantidad de uranio-235, que es el que se puede fisionar m�s f�cilmente, ha disminuido de modo constante en el transcurso de los tiempos. Se puede decir que el uranio natural de eras geol�gicas pasadas era m�s rico en el is�topo uranio-235 que el uranio natural actual.

De acuerdo con estas ideas, Kuroda supuso que en la naturaleza pudiera haber habido reacciones de fisi�n nuclear espont�nea de uranio-235 en un pasado muy lejano, cuando el contenido del uranio-235 era suficientemente elevado en los yacimientos de uranio. Pero era necesario que se reunieran varias condiciones para que la fisi�n nuclear espont�nea se pudiera realizar: fuertes concentraciones de uranio, presencia de un moderador de neutrones, es decir de material que frenara neutrones para hacerlos lentos, la ausencia de boro, que tiene una capacidad enorme de absorber neutrones lentos. De acuerdo con Kuroda, la probabilidad de que tal fen�meno pudiera haber sucedido aumentaba a medida que aumenta la antigüedad del evento. Cuando se descubri� el fen�meno de Oklo, era, pues, muy importante precisar toda la informaci�n sobre estos yacimientos para poder decidir si la p�rdida del uranio-235 se deb�a a un fen�meno de fisi�n nuclear natural.

Efectivamente, como consecuencia de los estudios sobre los yacimientos de minerales de uranio en Oklo y para explicar el fen�meno presentado en la relaci�n isot�pica del uranio natural, los cient�ficos llegaron a la conclusi�n de que en el pasado lejano del dep�sito, ese is�topo del uranio de masa 235 hab�a sido consumido por una reacci�n de fisi�n nuclear en cadena en un reactor natural cuyo funcionamiento transform� profundamente la composici�n qu�mica e isot�pica de los minerales presentes en las zonas de reacci�n. El fen�meno se confirm� principalmente por el estudio de los productos de fisi�n caracter�sticos en los minerales. Estos productos de fisi�n, en particular el neodimio, tienen una composici�n isot�pica muy diferente que la de los elementos naturales. Los estudios detallados realizados desde el descubrimiento del fen�meno permitieron localizar las zonas de reacci�n que constituyen los reactores f�siles. Se demostr� que este fen�meno extraordinario fue muy extenso, pues aparentemente faltan m�s de 500 kg de uranio-235 en estos yacimientos.

La estimaci�n de la antig�edad del sitio fue determinada por los m�todos rubidio-estroncio y potasio-arg�n, mencionados anteriormente, en distintos tipos de rocas existentes en diferentes puntos del yacimiento. Para precisar la edad de la mineralizaci�n del uranio del yacimiento de Oklo, se aplic� el m�todo de uranio-plomo sobre los minerales situados en el exterior de las zonas de reacci�n, que contiene, por lo tanto, el uranio de composici�n isot�pica normal. Se concluy�, adem�s, que las condiciones del funcionamiento de los reactores de Oklo se encontraban probablemente reunidas desde que se deposit� el uranio, ya que, en esa �poca, la composici�n qu�mica e isot�pica del mineral consist�a en una mezcla de 93% de uranio-238, 3% de uranio-235 y 4% de plutonio-239. Esta composici�n se determin� por el estudio de los productos de fisi�n all� presentes. Todas estas medidas permiten atribuir a estos yacimientos una edad de aproximadamente 1 800 000 000 de a�os.

Actualmente est� ya bien establecido que las condiciones que se reunieron en Oklo hace 1 800 000 000 de a�os cumpl�an con lo previsto por Kuroda: una concentraci�n elevada de uranio, abundancia isot�pica suficiente de uranio-235, la presencia de agua como moderador, la ausencia de venenos, como las tierras raras. La abundancia de uranio-235 era entonces de 3%. Su valor actual en otros yacimientos es de 0.72%, pero ha sido considerablemente disminuido en los yacimientos de Oklo hasta 0.3%. Todos estos datos permitieron evaluar la amplitud del fen�meno, localizar el sitio con precisi�n y predecir la fecha en que se produjo el fen�meno. De acuerdo con estos estudios, se encontr� que el reactor nuclear de Oklo estuvo operando durante 500 000 a�os, desde la �poca en que se mineraliz� el uranio en esa zona; es decir, desde hace 1 800 000 000 de a�os, como ya hemos visto.

Actualmente se conocen varios reactores nucleares, los cuales fueron encontrados en los mismos yacimientos muy cerca unos de otros, y representan un campo de investigaci�n extremadamente fruct�fero.

Estos descubrimientos probaron en todos los casos que los fen�menos de la aparici�n de reactores naturales no fueron fen�menos aislados en los yacimientos, y que aparec�an cada vez que hab�a una concentraci�n local suficientemente elevada de uranio.