Расчёты показали, что если массовая доля грунтовых вод в пласте составляет около 6% и если природный уран обогащён до 3% U-235, то при этих условиях может начать работать природный ядерный реактор. Поскольку рудник находится в тропической зоне и довольно близко к поверхности, - существование достаточного количества грунтовых вод весьма вероятно. Соотношение изотопов урана в руде было не обычным. U-235 и U-238 - радиоактивные изотопы с различными периодами полураспада. U-235 имеет период полураспада 700 млн. лет, а U-238 распадается с периодом полураспада в 4,5 млрд. Изотопное содержание U-235 находится в природе в процессе медленного изменения. Например, 400 млн. лет назад в природном уране должен был быть 1% U-235, 1900 млн. лет назад его было 3%, т.е. необходимое количество для "критичности" жилы урановой руды. Считается, что именно тогда реактор Окло находился в состоянии работы.
Как же природе удалось создать условия для цепной ядерной реакции? Сначала в дельте древней реки образовался богатый урановый рудой слой песчаника, который покоился на крепком базальтовом ложе. После очередного землетрясения обычного в то буйное время базальтовый фундамент будущего реактора опустился на несколько километров, потянув за собой урановую жилу. Жила растрескалась, в трещины проникла грунтовая вода. Затем очередной катаклизм поднял всю "установку" до современного уровня.
В ядерных топках АЭС топливо располагается компактными массами внутри замедлителя. Так получилось и в Окло. Замедлителем служила вода. В руде появились глинистые "линзы", где концентрация природного урана от обычных 0,5% повысилась до 40%. Как образовались эти компактные глыбы урана, точно не установлено. Возможно их создали фильтрационные воды, которые уносили глину и комкали уран в единую массу. Когда только масса и толщина слоёв, обогащённых ураном, достигла критических размеров, в них возникла цепная реакция, и установка начала работать. В результате работы реактора образовалось около 6 тонн продуктов деления и 2,5 тонны плутония. Большинство радиоактивных отходов осталось внутри кристаллической структуры минерала уранита, который обнаружен в теле руд Окло. Элементы, которые не смогли проникнуть сквозь решётку уранита из-за слишком большого или слишком маленького ионного радиуса, диффундируют или выщелачиваются. В течении 1900 млн. лет, прошедших со времён работы реакторов в Окло, по крайней мере половина из более чем тридцати продуктов деления оказались связанные в руде, несмотря на обилие грунтовых вод в этом месторождении. Связанные продукты деления включают в себя элементы: La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Y, Zr, Ru, Rh, Pd, Ni, Ag. Была обнаружена некоторая частичная миграция Pb, а миграция Pu была ограничена расстоянием меньше 10 метров. Только металлы с валентностью 1 или 2, т.е. те, которые обладают высокой растворимостью в воде, были унесены. Как и предполагалось, на месте почти не осталось Pb, Cs, Ba и Cd. Изотопы этих элементов имеют относительно короткие периоды полураспада десятки лет или меньше, так что они распадаются до нерадиоактивного состояния прежде, чем смогут далеко мигрировать в почве.
Наибольший интерес с точки зрения долговременных проблем защиты окружающей среды представляют вопросы миграции плутония. Этот нуклид эффективно связан на срок почти 2 млн. лет. Так как плутоний к настоящему времени почти полностью распадается до U-235, то о его стабильности свидетельствует отсутствие избытка U-235 не только снаружи реакторной зоны, но также вне зёрен уранита, где образовывался плутоний во время работы реактора.
Существовал этот уникум природы около 600 тысяч лет и выработал примерно 13000000 кВт. час энергии. Его средняя мощность всего 25 кВт: в 200 раз меньше, чем у первой в мире АЭС, пущенной в Обнинске в 1954 году.
Если проследить всю цепочку распадов в теории (Например, торий от распада U-236 и висмут от распада U-237, которые были обнаружены только в реакторных зонах в месторождении Окло ) и сравнить с фактическим изотопным составом этих элементов - можно выявить неравномерность временной шкалы. Что и было сделано.
Анализ "продуктов распада " реакторов в Окло проводился и ранее. но физики Стив Ламоро (Steve Lamoreaux) и Джастин Торгерсон (Justin Torgerson) из американской национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Lab) усомнились в корректности прошлых вычислений и решили ещё раз перелопатить старые цифры. Более детально и дотошно. Главной темой исследования стала постоянная тонкой структуры влияющая, среди прочего, и на распределение различных изотопов в ядерных превращениях.
Постоянная тонкой структуры - альфа - определяется как a = e2/hc ~ 1/137,03599958 где e - заряд электрона, h - постоянная Планка и с - скорость света. Она является фундаментальным числом, определяющим силу электромагнитных взаимодействий. Как следует из названия, постоянная тонкой структуры описывает расщепление атомных уровней на несколько близких подуровней (мультиплеты) за счет эффектов специальной теории относительности. Величина этого расщепления пропорциональна квадрату a.
Так как заряд электрона и постоянная Планка рассматриваются физиками как надёжные константы (хотя, строго говоря, это произвольное допущение) то, кол****ия в космологических масштабах постоянной тонкой структуры должны указывать на кол****ия скорости света. Сенсационный результат удивил даже самих "сыщиков" — оказалось, что с той поры, когда работал этот реактор, и до нашего времени постоянная тонкой структуры немного уменьшилась (в восьмом знаке после запятой), а скорость света, соответственно, возросла. Тут нужно добавить, что точность определения (вычисления) постоянной тонкой структуры в настоящее время крутится где-то в районе 15-го знака или даже дальше. И по этим меркам изменение, обнаруженное американцами — огромно.
Еще в 1955 году, российский физик Лев Ландау рассмотрел возможность зависимости постоянной тонкой структуры от времени. Эксперименты взаимодействия элементарных частиц при их столкновении показали рост константы , до ~ 1/128 с увеличением энергии столкновения. Что, возможно, связано с изменением мерности пространства микромира ( 5, 7 и более ), где открываются свернутые в нашем 3-мерном пространстве измерения.
Но для макромира первый вызов постоянности постоянной тонкой структуры прозвучал в 1998 году. когда группа астрономов из австралийского университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales) измерил прохождение излучения от далёких квазаров через межзвёздные газовые облака и получил признаки того , что в прошлом постоянная тонкой структуры отличается от сегодняшнего значения .( Последняя статья в Phys.Rev.Lett. 87 (2001)J.K Webb, M.T. Murphy, V. V. Flambaum, V. A. Dzuba, J. D. Barrow, C. W. Churchill, J. X. Prochaska, and A. M. Wolfe, 091301 (она имеется также в astro-ph/0012539), где утверждается, что постоянная тонкой структуры в прошлом была немного меньше: d(a)/ alpha = -0.72+-0.18 10 -5 для красных смещений в диапазоне 0.5 < z < 3.5.)
Совсем простое объяснение метода -Если свет от пламени пропустить через призму и поставить за ней лист бумаги, то мы увидим радугу. Если в пламя сыпать, например, соль, то к обычным цветам радуги добавятся желтоватые - так называемые эмиссионные линии. Помещая между пламенем и призмой колбу с газом, можно на этой "радуге" увидеть темные линии поглощения. Длины волн этих эмиссионных и поглотительных линий непосредственно связаны с энергетическими уровнями атомов в соли или в газе. Спектроскопия таким образом позволяет дистанционно изучать строение атомов.
C точки зрения спектроскопии тонкая атомная структура может дистанционно наблюдаться как мультиплетное расщепление энергетических уровней и спектральных линий атомов и молекул, обусловленное спин-орбитальным взаимодействием. Таким образом, если бы постоянной тонкой структуры -"альфа" действительно менялась, то "доисторические" эмиссионные и поглотительные спектры тоже бы изменились. Поэтому один из способов отслеживания любых изменений в значениях "альфы" в истории Вселенной состоит в том, чтобы получать спектры отдаленных квазаров ("маяков" необыкновенной мощности), и сравнивать длины волны некоторых характерных спектральных линий с соответствующими современными значениями. Квазары здесь используются только в качестве универсальных источников света в наиболее отдаленной части Вселенной. Межзвездные газовые облака в галактиках, расположенных между квазарами и нами на расстояниях от 6 до 11 миллиардов световых лет, поглощают часть света, испускаемого этими квазарами. В полученных спектрах таким образом возникают темные "точки минимума", которые могут быть приписаны известным элементам. Изменение постоянной тонкой структуры должно отразиться на распределении энергетических уровней в атомах, и длины волн поглотительных линий при этом тоже будут меняться. Сравнивая расстояния между точками "минимумов" с лабораторными значениями, можно вычислить "альфу" как функцию расстояния соответствующих объектов от нас, то есть как функцию возраста Вселенной.
Система линий каждого облака из-за расширения вселенной имеет свое красное смещение, z, меньшее чем z квазара, наблюдаемого сквозь облако, но все-же соответствующее космологическим расстояниям и временам, т.е. ранней вселенной. Измеряя сразу несколько линий поглощения одного облака, можно определить и значение постоянной тонкой структуры в те времена.