“Böyle bir şey imkansız olmalı.” Bu düşünce, Mayıs 1972’de fizikçi Francis Perrin’in zihninden geçti. Perrin, o sırada Güney Fransa’da bulunan bir nükleer yakıt işleme merkezinde, koyu renkli bir uranyum cevheri parçasını analiz ediyordu. Afrika’daki Gabon ülkesinde yer alan bir madenden getirilmiş olan bu uranyum numunesi, bilim insanlarının doğal uranyum hakkındaki tüm bilgilerine aykırı düşen bir gizem barındırıyordu.
Genellikle uranyum, uranyum-238, uranyum-234 ve kritik öneme sahip uranyum-235 gibi izotopların belirli ve tutarlı bir oranından meydana gelir. Dünya kabuğunun hemen her yerinde uranyum-235’in oranı yüzde 0,720 seviyesinde sabittir. Fakat Gabon’dan gelen bu özel numune, yalnızca yüzde 0,717 oranında uranyum-235 barındırıyordu. Bu farklılık küçük görünse de, bir anormalliğin habercisi olarak alarm zillerini çaldırmaya yetmişti. En mantıklı açıklama, uranyumun bir fisyon sürecine maruz kalmış olmasıydı. Ancak bu tamamen doğal bir numune olduğuna göre, bu süreç nasıl meydana gelmiş olabilirdi?
Acaba birileri bu uranyumla oynamış olabilir miydi? Belki de bu, geçmişte var olmuş ve bilinmeyen bir medeniyetin eseriydi? Veya olasılıklar dahilinde daha da garip bir durum mu mevcuttu?
Bilim insanları konuyu derinlemesine araştırmaya başladıkça, durum daha da gizemli bir hal aldı. Gabon’un Oklo bölgesinden temin edilen diğer uranyum örneklerinden bazılarında, uranyum-235 oranının yüzde 0,4 gibi çok daha düşük seviyelere indiği tespit edildi. Bu durum, istatistiksel bir sapmanın çok ötesinde, cevherin yapısında temelden bir dönüşüm yaşandığını gösteriyordu. Yapılan ileri analizler, uranyumun gerçekten de modern nükleer santrallerde kullanılan süreçle aynı olan fisyona uğradığını kesin olarak ortaya koydu. Ancak bu, ne bir insan müdahalesinin ne de dünya dışı bir varlığın eseriydi. Tüm kanıtlar, iki milyar yıl önce gerçekleşmiş bir fenomene işaret ediyordu. Aniden, akıl almaz gibi görünen gerçek anlaşıldı: Doğa, kendi nükleer reaktörünü inşa etmişti.
O dönemde Fransa, eski sömürgesi olan Gabon’dan yaklaşık 40 senedir uranyum çıkarıyordu. Önemli bir nükleer güç konumundaki Fransa, bu uranyumu hem kendi topraklarında hem de Avrupa’nın diğer bölgelerinde elektrik enerjisi üretimi için kullanmaktaydı. Gabon’un Oklo kasabası civarında yeni uranyum yataklarının bulunması heyecan verici bir gelişmeydi, fakat en azından başlangıçta hiç kimse gerçekte neyin keşfedildiğini tam olarak kavrayamamıştı. Perrin’in bu tuhaf numuneyi analiz etmesi de bu süreçte gerçekleşti. Perrin ve ekibi, numunenin Dünya’nın henüz genç bir gezegen olduğu dönemlerde füzyona uğramış doğal bir örnek olduğunu teyit etti.
İnsan yapımı nükleer fisyon reaktörleri, uranyum-235 atomlarının nötronlarla bombardıman edilerek parçalandığı ve bu sırada enerji ile birlikte daha fazla nötron açığa çıkardığı bir zincirleme reaksiyonu hassas bir şekilde yöneterek çalışır. Bu reaksiyonun devamlılığını sağlamak amacıyla, uranyum-235 konsantrasyonu yapay olarak artırılmış “zenginleştirilmiş uranyum” kullanılır. Bu tip reaktörlerin inşası, ileri düzeyde teknoloji, hassas mühendislik ve çok sıkı güvenlik önlemleri zorunlu kılar. Bu, doğada kendiliğinden meydana gelmesi beklenecek bir yapı değildir.
Buna rağmen, milyarlarca yıl evvel Oklo’da doğa; kontrollü bir fisyon reaksiyonunu sürdürebilmek için gereken doğru uranyum yoğunluğunu, suyu ve jeolojik kararlılığı kendiliğinden bir araya getirmişti. 1956 senesinde Paul K. Kuroda isimli bir kimyager, uygun şartlar sağlandığında doğal fisyon reaktörlerinin oluşabileceği teorisini ortaya atmıştı. Çalışması bir miktar ilgi çekmiş olsa da, öne sürdüğü koşulların gerçekleşme ihtimali düşük görüldüğü ve neredeyse kimse böyle bir yapı bulmayı beklemediği için o dönemde büyük bir etki yaratmamıştı.
Kuroda’nın teorisine göre, doğal bir nükleer fisyon reaksiyonunun sürdürülebilmesi için uranyum yatağının en az 0,66 metre kalınlığa sahip olması gerekiyordu. Yatak bundan daha ince olursa, kritik kütleye erişemezdi. Ek olarak, yatakta yeterli miktarda uranyum-235 bulunması şarttı. İki milyar yıl önce, uranyum-235 günümüze kıyasla çok daha yaygındı. O dönemde doğal uranyumun yaklaşık yüzde 3’ünü oluşturuyordu; bu oran, günümüz nükleer reaktörlerinde kullanılan zenginleştirilmiş uranyum seviyelerine oldukça yakındı.
Tıpkı modern reaktörlerde olduğu gibi, nötronları yavaşlatarak fisyon olasılığını artıracak bir “moderatöre” ihtiyaç duyuluyordu. Oklo’da bu hayati görevi yeraltı suyu yerine getirdi. Su, nötronların hızını keserek sürekli bir zincirleme reaksiyonun oluşumunu mümkün kıldı. Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı’nda uranyum üretiminden sorumlu ekip lideri Peter Woods, durumu şöyle açıkladı: “Tıpkı insan yapımı hafif su nükleer reaktörlerinde olduğu gibi, nötronları yavaşlatacak, yani onları ılımlı hale getirecek bir madde olmadan fisyon reaksiyonları durur. Oklo’da su, nötronları absorbe ederek zincirleme reaksiyonu düzenleyen bir moderatör işlevi gördü.”
Son olarak, reaksiyonun devam edebilmesi için nötronları emerek fisyonu durdurma potansiyeli olan bor veya lityum gibi elementlerin ortamda bulunmaması gerekiyordu. Şans eseri, Oklo’daki yataklar bu tür ‘kirletici’ maddelerden yoksundu ve bu da reaksiyonun sürmesine imkan tanıdı. Bu koşullar kusursuz bir uyumla bir araya geldiğinde, sonuç doğal bir nükleer reaktör oldu.
Oklo’daki bu antik reaktör aralıksız bir şekilde çalışmıyordu. Kayaları tarihlendiren ve geçmişteki aktiviteleri inceleyen araştırmacılar, Oklo reaktörünün belirli döngüler halinde çalıştığını keşfetti. Yeraltı suyu uranyum yataklarına sızdığında, nötronları yavaşlatarak fisyonun başlamasını sağlıyordu. Bu reaksiyon suyu ısıtıyor ve en sonunda buharlaşarak kaynamasına neden oluyordu. Nötronları yavaşlatacak su ortamdan çekildiğinde ise reaksiyon duruyordu. Woods, “Bu olayı bu denli büyüleyici kılan şey; zamanın, jeolojinin ve su koşullarının bir araya gelerek bunun gerçekleşmesini sağlaması ve günümüze dek korunmuş olmasıdır. Bu dedektiflik hikayesi başarıyla aydınlatıldı,” diye ekledi. Bölge soğuyup yeniden yeraltı suyuyla dolduğunda reaksiyon tekrar başlıyordu. Bu döngü, yüz binlerce yıl boyunca kendini tekrarladı. Oklo reaktörü üzerine yürütülen bir çalışma, şu tespitte bulundu: “Birkaç yüz bin yıllık bir süreçte yaklaşık 15 bin megavat-yıl fisyon enerjisi üretildi; bu miktar, 1500 MW gücündeki büyük bir reaktörün on yıl boyunca çalışmasına denktir.”
Bu eşsiz doğa olayının haberi bilim dünyasında hızla yayıldı. 1975 yılında, dünyanın dört bir yanından gelen fizikçiler, Gabon’un Libreville şehrinde toplanarak sonradan Oklo Fenomeni olarak adlandırılacak bu olayı tartıştılar. Keşif, kelimenin tam anlamıyla sarsıcıydı. Doğanın, insanoğlu hayal dahi edemeden çok daha önce nükleer güç konusunda uzmanlaştığı anlaşılmıştı. Yine de, bazı teorik öngörüler gözlemlerle örtüşse de, tam olarak ne yaşandığını kanıtlamak kolay bir iş değildi. Doğal olarak çalışan dört farklı nokta vardı ve hepsi aynı jeolojik formasyon içindeydi.
Bu bulmacayı çözmenin anahtarı, beklenmedik bir elementte saklıydı: Ksenon gazı. Oklo’daki minerallerin içine hapsolmuş olan bu inert gaz, adeta bir zaman kapsülü vazifesi görüyordu. Nükleer fisyon esnasında farklı ksenon izotopları meydana gelir ve bu izotopların oranları, fisyonun hangi şartlar altında gerçekleştiğine dair değerli bilgiler sunar. Fizikçi Alex P. Meshik, bu ksenon izotoplarını analiz ederek bunların reaktörün kararlılığı hakkında ipuçları barındırdığını fark etti. Minerallere hapsolmuş ksenon, reaktörün fisyon reaksiyonlarının son derece stabil olduğunu ve yeraltı suyu seviyelerindeki değişimlere bağlı olarak devreye girip çıktığını kanıtlıyordu.
Ksenon analizi, aynı zamanda reaktörün nihayetinde nasıl durduğunu da aydınlattı. Zaman içinde uranyum-235 kademeli olarak tüketilmiş ve yakıt kaynağı, fisyonu sürdürmek için gerekli olan kritik seviyenin altına inmişti. Bugün Oklo’daki uranyum madenleri tükenmiş durumda olsa da, dünyanın bilinen tek doğal nükleer reaktörlerinin mirası varlığını sürdürüyor. Oklo reaktörlerinden alınan örnekler, Viyana Doğa Tarihi Müzesi gibi kurumlarda korunmakta ve ziyaretçilere doğanın kendi fisyon reaktörü tarafından oluşturulmuş kayaları görme imkanı sunmaktadır. Başka doğal reaktörlerin de var olması muhtemeldir; ancak onlar henüz keşfedilmeyi bekliyor.