ЯДЕРНЫЙ ГЕОРЕАКТОР

NUCLEAR GEOREACTOR

Valery Dmitriev

Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher, JSC "NPO "SPLAV" named after Ganichev, Russia, Tula

Roman Tarasov

Lead Engineer, JSC "NPO "SPLAV" named after Ganichev, Russia, Tula

Аннотация. Исследуется возможность существования в центре земного шара ядерного реактора. Проводится расчет критических параметров. Рассматривается влияние земного ядерного реактора на периодические обледенения Земли.

Abstract. The possibility of the existence of a nuclear reactor in the center of the globe is being investigated. Critical parameters are calculated. The influence of the terrestrial nuclear reactor on periodic icing of the Earth is considered.

Ключевые слова: Земля; ядерный реактор; обледенения; теплопроводность земных пород; периоды обледенения.

Keywords: Earth; nuclear reactor; icing; thermal conductivity of Earth rocks; periods of icing.

Природный уран [2]состоит, в основном, из смеси двух изотопов: ²³⁸U и ²³⁵U (99,3% и 0,7% соответственно). Период полураспада урана-238 – 4,5 млрд лет, урана-235 – около 700 млн лет. Из-за разной скорости естественного распада соотношение изотопов в природе изменяется со временем: доля более легкого урана-235 неуклонно уменьшается. ²³⁸U и ²³⁵U – родоначальники длинных радиоактивных рядов. Например, уран-238, распадаясь, сначала превращается в торий-234, который, в свою очередь, также распадается. Конечными (стабильными) нуклидами для естественных цепочек распада урана являются изотопы свинца. Суммарное количество энергии, выделяющейся во всей цепочке реакций, около 50 МэВ.

Земля излучает тепла примерно в 2,5 раза больше, чем должна отдавать в результате естественного распада радиоактивных элементов в коре (радиогенное тепло) и первичного нагрева. Но вот в цепных ядерных реакциях как раз выделяется тепла в несколько раз больше, чем при естественном радиоактивном распаде. И если гипотетические реакторы расположены глубоко в недрах, то понятно, почему следы их активности не удалось найти в урановых месторождениях (за исключением месторождения урана Окло – государство Габон в Африке).

Если в недрах Земли действительно идут цепные реакции, значит, там должны присутствовать скопления радиоактивных элементов (актиноидов). На рубеже XX–XXI вв. В.Ф. Анисичкин с соавторами предложили обоснованную гипотезу, согласно которой местом критической концентрации урана и тория могла быть поверхность твердого внутреннего ядра Земли. Эта концепция во многом базируется на работах [1] по растворимости диоксида урана (UO₂), проведенных в конце 1990-х гг. в Институте геологии и минералогии СО РАН (Новосибирск). В экспериментах на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» А. И. Туркиным было показано, что растворимость UO₂ в расплавах на основе железа с ростом давления уменьшается. Исследуемый диапазон давлений составлял 5—10 ГПа (для сравнения: в центре Земли давление около 360ГПа). Поскольку в природе уран встречается преимущественно в виде оксидов, то логично сделать вывод: чем глубже, тем хуже будет растворяться уран! Этот важный экспериментальный факт наводит на мысль, что миграция актиноидов в теле Земли могла быть следующей. После образования планеты в океане магмы, состоящей, в основном, из расплавов железа и силикатов, присутствовали и соединения урана. Со временем магма остывала, и происходило гравитационное разделение вещества по плотности. Силикаты, кристаллизуясь, всплывали в магме, плотность которой за счет железа была выше. Соединения же тяжелых актиноидов, выделяясь из расплава по мере роста давления и кристаллизуясь, оседали на внутреннее твердое железоникелевое ядро планеты.

Из сейсмологических исследований известно, что переходная зона между внешним жидким и внутренним твердым ядром Земли толщиной 2—3 км имеет мозаичную структуру. При этом основными структурными элементами являются относительно тонкие взвешенные слои протяженностью до нескольких десятков километров. Возможно, именно они и являются областями концентрации тяжелых радиоактивных элементов (Рис. 1). Природная распространённость на Земле урана 0,7204 %. Тория по распространённости в земной коре (0,001-0,002%), плутоний образуется в микроскопических количествах (0,4—15 частей плутония на 10¹² частей урана). Радий содержится в земной коре в количестве всего одной десятимиллиардной доли процента

Максимальная продолжительность функционирования ядерного геореактора возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов. При этом уран-238, захватывая нейтрон деления, превращается в плутоний, а плутоний, испуская α-частицу, – в уран-235:

²³⁸U + n ® ²³⁹Pu ® ²³⁵U + ⁴He.

Ряд глобальных явлений (оледенений, вулканической активности) на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет [5]. Можно рассмотреть их причину, рассчитав периодичность действия ядерного геореактора [3]. Для расчета имеем следующие исходные положения [2]. Принимаем, что в качестве замедлителя и отражателя используется железо-никелиевый расплав, в качестве делящегося вещества используется U235, начало работы геореактора происходит при 5400К, в результате кристаллизации плотность U238 в железо-никелеевом расплаве повысилась в 147,3 раза. Имеем исходные данные в СИ – плотность Земли, изменение плотности активной зоны за счет коэффициента объемного расширения. Тогда плотность q,g/cm³ и ядерная плотность N,1/cm³ каждой составляющей будет[6]:

Рисунок 1. Схема кристаллизации диоксида урана на твердом ядре Земли. Строение Земли и предполагаемое месторасположение скоплений радиоактивных элементов – «островов» на поверхности внутреннего твердого ядра. Вследствие большого удельного веса уран, торий и другие радиоактивные элементы опускаются внутрь Земного шара

Далее коэффициент размножения U235, средние углы отражения нейтронов, ядерная плотность N,1/сm³ U235, Fe, микроскопические сечения рассеяния σs,cm², деления σf,сm², поглощения σa,сm² U235, Fe [6]:

По исходным данным определяем макроскопические сечения Σ,сm² для активной зоны и отражателя [6], коэффициент диффузии D,1/сm, длину диффузии L,сm, параметр B,1/сm:

Вычисляем радиус активной зоны Rk,cm без учета отражателя [6]

Определяем размер отражателя и критический радиус активной зоны с отражателем методом подбора величины Rkr из уравнений [6]

=0.

Получаем  .cm

При размерах активной зоны, больше критического ядерный реактор будет нагревать ядро Земли, например, до 6400⁰К. Вследствие расширения материала Земли с коэффициентом линейного расширения 14.5*10^-6 1/К, соответственно плотность изменится враз.

Повторяем расчет при 6400⁰К.

С учетом отражателяcm. Так как размер активной зоны ядерного геореактора в результате нагрева станет , cm  то размер активной зоны станет меньше критического размера, геореактор при нагреве до 6400⁰К затухнет и Земля начнет охлаждаться.

Рисунок 2. На рисунке представлены кривые температур Т(r)⁰К внутри Земли в моменты времени t =0c; t=0,1*10¹⁶ c; t=0,2*10¹⁶c; t=0,54*10¹⁶c после начала охлаждения

Расчет теплового режима проведен по уравнению нестационарной передачи тепла [4:С.154]

       (3п.1)

при исходных данных в СИ: λR=60 J/(s*K*m), Rz=6371km,

 r0 - радиус земного шара, где температура не меняется от центра (допущение, вызванное необходимостью конечного шага расчета по радиусу).

Расчет был проведен в программе Маткад. Звисимость λ(r) выбрана таким образом, чтобы расчетное распределение температуры для установившегося процесса, рассчитанное по уравнению (3п.1) при условии  , совпало с опытным распределением температуры Земли в настоящее время (рис. 3). Величина λR принята средней в соответствии с составом Земли. Как видно по кривым на рис. 2. за время t=0,54*10¹⁶c =170,8 млн лет ядро Земли охладится на 1000⁰К , поверхность Земли охладится от средней температуры плюс10⁰C до минус10⁰С, плотность активной зоны геореактора увеличится, размеры критической зоны уменьшатся и ядерный геореактор снова начнет выделять тепло. Таким образом с периодичностью . 2*170,8*10⁸ лет поверхность Земли меняет среднюю температуру от +10⁰С до -10⁰С. Это может быть причиной ледниковых эр и периодов на Земле.( Для сравнения: Марс после прекращения работы ядерного марсореактора остыл за 200млн лет[3]).

Рисунок 3. Изменение температурыТ⁰,К внутри Земли теоретическое 

и  опытное в зависимости от расстояния от поверхности Земли H

По опытным данным [Rusov; 1], полученным с помощью замера на нейтринном детекторе KamLAND (Япония), мощность геореактора составляет 30 ТВт.

При нагреве геореатора на Т01=1000К средняя температура Земли повысится на

 ⁰К.

 Тогда нагрев земли произойдет при средней теплоемкости материала Земли Сz=678J/kg.К и массе Земли 5,976*10²⁴ kg с учетом тепла радиоактивного распада за Т,лет=

Выводы

Существование ядерного геореактора, осуществляющего нагрев внутри Земли приводит к извержению вулканов, движению континентов, их сталкиванию, в результате чего происходят землетрясения, цунами, исчезновение одних и появление других океанов, оледенения Земли длительностью сотни миллионов лет.

Появление слоев Земли, ядерного геореактора, вулканов означает структурное изменение Земли, т.е. автоматизм или информационную форму движения материи [3].

Причиной же ледниковых эпох длительностью 24000лет могут быть влияния расположение планет, планетоидов Солнечной системы по теории сербского ученого Милошевича.

Выяснение физики геотектоники позволяет лучше понимать образование и размещение полезных ископаемых.