천연 핵분열로

천연 핵분열로 (Natural nuclear fission reactor)는 인공적으로 만들어진 원자로가 아닌, 자연적으로 발생한 핵분열 반응이 일어난 장소를 말한다. 현재까지 발견된 유일한 사례는 아프리카 가봉의 오클로(Oklo) 광산 지역에서 발견된 것이다.

개요

오클로 천연 핵분열로는 약 20억 년 전에 형성되었으며, 약 50만 년 동안 간헐적으로 핵분열 반응을 일으킨 것으로 추정된다. 당시 오클로 지역의 우라늄 농도가 현재보다 높았고, 충분한 양의 물이 감속재 역할을 하여 연쇄 반응을 유지할 수 있었다.

발견

1972년 프랑스의 핵연료 재처리 공장에서 오클로 광산에서 채굴된 우라늄의 우라늄-235 농도가 통상적인 자연 상태의 농도(0.720%)보다 낮은 0.717%인 것을 발견하면서 그 존재가 알려지게 되었다. 이는 우라늄-235가 핵분열 반응에 의해 소모되었음을 시사하는 증거였다.

작동 원리

천연 핵분열로의 작동 원리는 현대의 원자로와 유사하다. 우라늄-235가 중성자를 흡수하여 핵분열을 일으키고, 이 과정에서 방출된 중성자가 다른 우라늄 원자의 핵분열을 유도하는 연쇄 반응이 발생한다. 오클로의 경우, 지하수가 중성자 감속재 역할을 하여 핵분열 반응을 지속시키는 데 기여했다.

연구 의의

오클로 천연 핵분열로는 핵폐기물의 장기적인 안전성을 연구하는 데 중요한 정보를 제공한다. 수십만 년 동안 지속된 핵분열 반응에도 불구하고, 방사성 핵종의 이동이 제한적이었던 점은 고준위 방사성 폐기물 처분장 건설에 대한 시사점을 제공한다. 또한, 고고학, 지질학, 핵물리학 등 다양한 분야에서 연구 가치를 지니고 있다.