非洲发现了20亿年前的核反应堆 揭秘20亿年前的核反应堆之谜

在生活中，我们都知道核能有两面性。如果使用得当，它将给人们带来无限的好处。如果使用不当，将威胁人们的生命和安全。让我们来看看20亿年前核反应堆的奥秘吧！

揭开20亿年前核反应堆的神秘面纱

核反应研究

20亿年前，十多座天然核反应堆神秘启动，稳定输出能量，安全运行数十万年。他们为什么没有在爆炸中自毁？谁确保了这些核反应的安全运行？它们真的是外星人造访的证据吗，就像世界上传言的那样，还是上一代文明的杰作？通过对遗骸的分析，我们越来越清楚地看到了古代天然核反应堆的真相。

1972年5月，法国一座核燃料处理厂的一名工人注意到一个奇怪的现象。他正在对一个看似普通的铀矿的铀矿进行常规分析。与所有天然铀矿石一样，矿石含有三种铀同位素——换句话说，铀元素以三种不同的形式存在，其原子量也不同：最丰富的是铀238；最稀有的是铀234；人们梦寐以求的能够维持核连锁反应的同位素是铀235。在地球的几乎所有部分，甚至在月球或陨石上，铀235同位素的原子序数始终占铀元素总量的0.720%。然而，在这些从非洲加蓬采集的矿石样本中，铀235的含量只有0.717%！尽管这种差异如此微妙，但它已经引起了法国科学家的警惕。一定发生了什么奇怪的事。进一步的分析表明，从该矿开采的一些矿石中，铀235的重量严重不足：约200公斤已消失&mdash&mdash；足够制造六枚原子弹。

数周来，法国原子能委员会（cea）的专家们一直感到困惑。直到有人突然想起19年前的一个理论预言，大家才突然意识到这一点。1953，加利福尼亚大学洛杉矶分校的george middot；w&middot；乔治·W·韦瑟尔和芝加哥大学的马克米德尔；g&middot；马克·g·英格拉姆（mark g.inghram）指出，一些铀矿脉可能形成了天然核裂变反应堆，这种反应堆很快就流行起来。不久之后，阿肯色大学的化学家paul k. kuroda计算出铀矿自发地生产。自我维持裂变反应&rdquo；（自我维持的裂变）。所谓自持裂变反应，即可以自发维持的核裂变反应，是从一个偶然的中子开始的：它会导致一个铀235核分裂，裂变会产生更多的中子，从而导致其他核继续分裂，从而形成链式反应。

黑田东彦认为，自我维持裂变反应的第一个条件是铀矿脉的大小必须超过中子在矿石中引发裂变的平均距离，即约0.67米。这种条件可以确保裂变核释放的中子在从矿脉逸出之前能被其他铀核吸收。

第二个要求是铀235必须足够丰富。如今，即使是最大、浓度最高的铀矿脉也无法成为天然核反应堆，因为铀235的浓度太低，甚至低于1%。然而，这种同位素是放射性的，其衰变速度大约是铀238的六倍，因此这种更容易衰变的同位素的比例在很久以前肯定要高得多。例如，20亿年前奥克洛铀矿脉形成时，铀235的比例接近3%，大致相当于大多数核电站使用的人工净化浓缩铀燃料的浓度。

第三个重要因素是，一定有某种中子&ldquo；主持人&rdquo；（慢化剂），减慢铀核裂变过程中释放的中子的运动速度，使这些中子更容易诱发铀核裂变。最后，不应该有大量的硼、锂或其他元素；毒素；，这些元素吸收中子，因此它们可以使任何核裂变反应突然终止。

最后，研究人员在oklo和邻近的oklobando地区的铀矿床中确定了16个不同的区域&mdash&mdash；20亿年前，那里的真实环境与黑田和夫描述的一般情况惊人地相似。虽然所有这些领域都是几十年前确定的，但直到最近，我和同事们才完全揭示出古代天然核反应堆运行的细节。

轻元素提供了证据

重元素分裂产生的轻元素提供了确凿的证据：20亿年前，奥克罗铀矿确实发生了自我维持的核裂变反应，并持续了数十万年。

在发现奥克洛的铀异常后不久，物理学家确定自然裂变反应导致铀235的损失。当一个重原子核被分成两部分时，就会产生较轻的新元素。找到这些元素相当于找到核裂变的确凿证据。事实证明，这些裂变产物的含量如此之高，除了核链式反应之外，没有其他解释。这种连锁反应非常类似于1942年的恩里科和米德多；恩里科·费米（enrico fermi）和他的同事（当他们建造世界上第一个受控核裂变链式反应堆时）的著名演示让反应在20亿年前自行运行。推荐阅读：雷锋塔地宫宝藏

惰性气体揭开了谜团

在奥克洛反应堆的废墟中，氙同位素的组成比异常。找出这种异常现象的根本原因可以揭开古代天然核反应堆运行的奥秘。

最近，我们研究了奥克罗一座反应堆的残骸，重点是氙的分析。氙是一种重惰性气体，可被矿物储存数十亿年。氙有九种稳定同位素，它们是由不同的核反应过程产生的。作为一种惰性气体，它很难与其他元素形成化学键，因此很容易纯化它们进行同位素分析。氙非常罕见，科学家可以用它来探测和追踪核反应，甚至研究太阳系形成之前原始陨石中的核反应。

分析氙的同位素组成需要质谱仪，质谱仪可以根据不同的原子量分离不同的原子。我很幸运地使用了非常精确的氙气质谱仪，这是我在华盛顿大学的同事查尔斯和MIDDOT；m&middot；由查尔斯·m·霍恩伯格制造。但在使用他的仪器之前，我们必须从样品中提取氙气。通常，科学家只需将宿主矿物加热到熔点以上，岩石就会失去晶体结构，无法再保留储存在其中的氙。为了获得更多关于这种气体来源和储存过程的信息，我们采用了更复杂的方法&mdash&mdash；激光提取可以在不接触周围其他部分的情况下，从矿物样品的单个颗粒中释放氙气。

我们唯一能使用的奥克洛矿石碎片只有1毫米厚和4毫米宽。我们将这项技术应用于碎片上的许多微小点。当然，我们首先需要决定激光束的聚焦位置。在这方面，霍恩伯格和我有一位同事奥尔加·米德多；在olga pravdivtseva的帮助下，她对我们的样本拍摄了详细的x射线照片，并确定了候选矿物。每次提取后，我们净化气体，然后将氙放入霍恩伯格的质谱仪，质谱仪显示每个同位素的原子数；

氙气的位置令我们惊讶。它并不像我们想象的那样广泛分布在富含铀的矿物颗粒中。氙的最大含量是完全不含铀的磷酸铝颗粒。很明显，这些颗粒中的氙浓度是迄今为止发现的所有天然矿物中最高的。第二个令人惊讶的是，提取的气体在同位素组成上与通常由核反应产生的气体明显不同。核裂变必然会产生氙136和氙134，但这两种同位素在奥克罗矿石中似乎严重缺失，而其他较轻氙同位素的含量变化不大。

同位素组成的这种差异是如何产生的？化学反应不能提供答案，因为所有同位素的化学性质完全相同。那么，可以解释核反应，比如中子俘获吗？经过仔细分析，我和同事排除了这种可能性。我们还考虑了不同同位素的物理分类过程：较重的原子比较轻的原子移动稍慢，有时它们会彼此分离。铀浓缩工厂使用这一工艺生产反应堆燃料，但建造此类工业设备需要相当高的技术水平。推荐阅读：特洛伊真的存在吗