オクロ鉱山の天然原子炉（オクロ原子炉）

オーパーツとは若干趣旨が異なるが、1972年に発見された天然の原子炉と、それに先駆けて天然原子炉の存在を予想、予言した日本人科学者のことを紹介する。

中央アフリカのガボン共和国、オートオゴウェ州オクロの鉱山で発見された。
天然原子炉とは、過去に自律的な核分裂反応が起こっていたことが同位体比からわかるウラン鉱床のことである。
このような現象の実例は、フランスの物理学者Francis Perrinが1972年に発見した。
天然原子炉が形成される可能性は、1956年にアーカンソー大学の助教授だった黒田和夫が予想している。
オクロで発見された条件は予想された条件に極めて近かった。

天然原子炉の知られている唯一の場所は、オクロにある3つの鉱床で、自律的な核分裂反応のあった場所が16箇所見つかっている。20億年ほど前、数十万年にわたって、平均で100 kW相当の出力の反応が起きていた。

（以上、wikipediaより）

＜天然原子炉の痕跡を発見＞

（前略）

ことの発端は、フランスのウラン濃縮工場で通常の同位体存在比率とは異なるサンプルが見つかったことです。当初は異物の混入（汚染）と考えられましたが、１週間後にも異常値を示すサンプルが見つかりました。ウラン235の濃度が通常よりも低かったのです。

調査の結果、ガボンで採掘された鉱石がその原因と判り、天然原子炉の可能性が考えられるようになりました。つまり、天然原子炉でウラン235が核分裂して消費されたことで濃度が低くなったというのです。その後、鉱物中の核分裂起源の同位体組成を詳しく検討した結果、天然原子炉の存在が科学的に証明されました。この天然原子炉はオクロ原子炉と呼ばれています。

＜原子炉が存在できた理由＞
天然原子炉は約２０億年前に６０万年間にわたって核分裂連鎖反応を起こしていたと考えられています。（これをオクロ現象と呼んでいます。）この間の平均出力は２７ｋW程度と考えられるので、非常に緩やかな核分裂反応であったと思われます。
では、何故、天然の原子炉が存在できたのでしょうか。
それには、３つの要因が考えられています。
　
（１）２０億年前は核分裂の燃料となるウラン２３５の濃度が現在よりも高かったこと。
（２）ウラン鉱脈が減速材となる地下水に接していたこと。
（３）オクロのウラン鉱床は中性子を吸収する不純物（中性子毒と呼ばれる希土類元素やカドミウム、硼素など中性子吸収断面積が大きな元素）が少なかったこと。
　
これは「沸騰水型原子炉」が偶然地中に形成されたことになります。
十分な地下水が存在したことで、自己制御特性（ 出力上昇 → 気泡発生 → 中性子減速能力低下 → 反応度減少 → 出力抑制 ）が機能して核分裂を継続したのだと考えられますが、やがて原子炉は燃料となるウラン２３５の濃度が減少していき、核分裂連鎖反応は６０万年後に停止してしまいました。

（中略）　
　
現在、軽水炉で使用される核燃料に含まれるウラン２３５は３％程度の低濃縮ウランですから、２０億年前には低濃縮ウランと同程度の濃度(3.5%)で自然界に存在していたということです。
しかし、オクロ以外では天然原子炉が見つかっていないことから、天然原子炉の残りの要因（２）と（３）が揃うことは非常に希であると考えられます。

（中略）

＜天然原子炉を予言した日本人科学者＞
フランス原子力庁が天然原子炉の存在を発表する１６年前、１９５６年に天然原子炉の存在を予言した日本人がいました。米国アーカンソー大学教授黒田和夫氏です。

（中略）

しかし、発表当時の時代背景として、初めての原子力潜水艦ノーチラス号の動力炉始動が１９５４年１２月、発電用加圧水型原子炉が初めて臨界に達したのが１９５７年１２月２６日と、原子炉技術黎明期であり、「自然現象で原子炉が形成されることはありえない」という意見が大勢で、その独創的な発想は全く注目されなかったようです。
しかし、その１６年後に天然原子炉の存在が明らかになったことは運命的だったと思われます。

（※以上、Diary or Notesより引用）

他参考サイト
オクロ原子炉
http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=04-02-01-10