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Naturreaktor Oklo

Im Jahre 1938 gelang es Otto Hahn zusammen mit Lise Meitner und Fritz Straßmann die Kernspaltung und die daraus resultierende Energiefreisetzung nachzuweisen. Diese Entdeckung − leider auch für nicht friedliche Zwecke in Form von Kernwaffen genutzt − führte zu friedlichen Anwendungen in Kernkraftwerken zur Stromerzeugung durch eine kontrollierte Kettenreaktion. Diese Kettenreaktionen waren jedoch nicht die ersten, die auf der Welt stattgefunden haben. Die Natur war den Menschen wieder einen Schritt voraus. Bereits vor etwa zwei Milliarden Jahren haben in der heutigen Uranerzlagerstätte Oklo im afrikanischen Gabun Kernspaltungen mit Kettenreaktionen stattgefunden.

Naturreaktor Oklo? Wie konnte das festgestellt werden?
 In den 1970er Jahren wurde in Frankreich die Isotopenzusammensetzung von Uranerzen der Oklo-Lagerstätte untersucht.  Dabei stellte sich heraus, dass der Anteil von Uran 235 nur bei 0,7171 % lag, während normalerweise der Anteil weltweit, auch in Mondgestein und in gefundenen Meteoriten 0,7202 % beträgt. Diese zwar geringe Differenz wurde aber als signifikant angesehen und in der Folge so erklärt, dass in der Lagerstätte eine Kettenreaktion stattgefunden hatte. Dabei wurde ein Teil des Uran-235 gespalten und damit verbraucht.

Vor zwei Milliarden Jahren: der „Reaktorbetrieb“
 Der Anteil des Uranisotops Uran-235 in Oklo betrug vor zwei Milliarden Jahren noch rund 3 % im Uranisotopengemisch. Mit diesem Anteil des spaltbaren Uran-235 und bei vorhandenem Wasser (Grund-/Regenwasser) als Moderator (zur Abbremsung der Spaltneutronen auf ‚thermische‘ Energie) konnte sich eine selbst erhaltende Kettenreaktion entwickeln.  Wenn das Wasser verdampft war, stoppte die Kettenreaktion, um bei wieder vorhandenem Wasser erneut zu starten (Geysir-Effekt). So lief der Reaktor mit einer abgeschätzten Leistung von 100 Kilowatt im „Pulsbetrieb“ rund 150.000 Jahre. Nach heutigen Berechnungen waren es insgesamt rund 5 Tonnen Uran-235, die im Laufe der Jahrtausende gespalten wurden.

Ideale Bedingungen in Oklo
Bei der Entstehung der Erde hatten sich im Gebiet von Oklo wohl ideale Bedingungen für einen Naturreaktor eingestellt:
•    die Menge und Konzentration von Uran-235 reichte aus für eine Kettenreaktion,
•    es waren keine neutronenabsorbierenden Materialien wie Cadmium und Blei vorhanden,
•    und Wasser als Moderator zum Abbremsen der Neutronen konnte das Uranerz umschließen.
Mittlerweile sind Überreste von insgesamt 17 Naturreaktoren in Oklo und im 30 km entfernten Bangombé entdeckt worden.

Neueste Erkenntnisse aus Oklo
Im Jahre 2003/2004 hatte ein Team um Alex Meshik von der Washington University in St. Louis Materialproben aus dem Gebiet des Oklo-Reaktors mit einem Massenspektrometer genauer untersucht. Sie fanden die höchste Konzentration von Xenon, die jemals in einem natürlichen Material gefunden wurde. Es hatte sich in Aluminiumphosphat angesammelt, das offenbar als „Abfallabsorbierer“ des Systems fungierte. Die Eigenschaft des Aluminiumphosphats könnte bei der sicheren Lagerung von radioaktivem Abfall von Nutzen sein, betonen die Forscher.

Xenon ist eines der Spaltprodukte, die bei der Kernspaltung von Uran entstehen.  Das Xenon bestätigt auch die Theorie des pulsierenden Reaktorbetriebs, der vergleichbar einem Geysir  etwa eine halbe Stunde in Betrieb war und dann für ca. 2,5 Stunden abkühlte, bevor die Kettenreaktion wieder in Gang kam (Quelle: Washington University St. Louis).