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奥克洛核反应堆

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事实真相编辑本段回目录

奥克洛核反应堆奥克洛核反应堆——科学家考察
关于“奥克洛核反应堆”有不少关于史前文明的说法,这些都是有缺陷的推论,真相是这样的:

1972年,法国从非洲加蓬共和国进口一些铀矿石,准备用于核工业。这些铀矿石产于奥克洛地区,但是,经过同位素分析后发现,U235的平均浓度竟然只有0.62%,比U235的正常浓度0.72%低得多。为了研究这一特殊现象,科学家们到分布为带状的奥克洛铀矿区的各点取样,然后做同位素分析,又发现了浓度低于0.3%的贫化铀(U235浓度小于其天然浓度0.72%的铀)。通过认真的科学研究后发现,在20亿年前,由于地质的变迁,有水渗入到奥克洛铀矿区,从而引发了奥克洛铀矿中的铀进行了天然的自持链式核裂变反应,从而使奥克洛铀矿区U235的浓度值严重低于正常值。这是人们发现的一例天然(并非人造)核反应堆,被称之为奥克洛现象。

奥克洛核反应堆奥克洛核反应堆

通常人们以为,在地球上,只有人类建造的“核反应堆”。可是,在非洲西海岸的加蓬共和国奥克洛铀矿,法国工程师鲍齐奎斯发现了奇异的情况。他在1972年6月,对这里的矿石作出了分析,结果令科学界大吃一惊。经过对铀矿中一种铀的同位素铀235进行常规分析,结果显得异乎寻常:天然铀235的含量,比他过去测量所得的数值低。这个数据表明,几十亿年前,这里的铀235可能已燃烧过。

发现经过编辑本段回目录

奥克洛核反应堆奥克洛核反应堆
1972年6月,奥克洛的铀矿石运到了法国的一家工厂。法国科学家对这些矿石进行了严格的科学测定,发现这些铀矿石中能直接作为核燃料的铀235的含量偏低,甚至低到不足0.3%。而其他任何铀矿中铀235的含量理应是0.73%。这种奇特的现象引起了科学家们的高度重视和关注,运用多种先进的技术手段和科学方法,努力寻找这些矿石中铀235含量偏低的原因。

经过再三深入探讨和研究,科学家们十分惊奇地发现:这些铀矿石早已被燃烧过,早已被人用过。这一重大发现立即轰动了科技界。为了彻底查明事实真相,欧美一些国家的许多科学家纷纷前往奥克洛铀矿区,深入进行考察和研究。经过长时间的共同努力探索,断定在奥克洛有一个很古老的原子反应堆,又叫核反应堆。这个原子反应堆由6个区域的大约500吨铀矿石组成,它的输出功率只有1000千瓦左右。据科学家们考证,该矿成矿年代大约在20亿年前,原子反应堆在成矿后不久就开始运转,运转时间长达50万年之久。

面对这个20亿年前的设计科学、结构合理、保存完整的原子反应堆,科学家们瞠目结舌、百思不解。这个原子反应堆究竟是谁设计、建造和遗留下来的呢?这是一个令全世界科学家都无法揭晓的特大奇谜。由于这个奇迹出现于奥克洛矿区,因此,科学家们把它称为“奥克洛之谜”。

科学家们一致否定了这种可能性,因为自然界根本无法满足链式反应所具备的异常苛刻的技术条件。只有运用人工的科学方法使铀等重元素的原子核受中子轰击时,才能裂变成碎片,并再放出中子,这些中子再打入铀的原子核,再引起裂变--连续不断的核反应(链式反应),当原子核发生裂变或骤变反应时释放出大量的能量。

原子反应堆是使铀等放射性元素的原子核裂变以取得原子能的装置。这种装置绝对不可能自然形成,只能按照严格的科学原理和程序,采用高度精密而先进的技术手段和没备,由科学家和专门技术工人来建造,只有用人工的方法使铀等通过链式反应或氢核通过热核反应聚合氨核的过程取得原子能。

困扰疑惑编辑本段回目录

奥克洛核反应堆奥克洛核反应堆
最早的核反应堆出现在20亿年前。这一令人震惊的结论缘自1972年科学家在非洲加蓬奥克洛地区发现的天然核反应堆。进行了数十年研究后,科学家今天终于弄清楚这些相当于100千瓦“迷你核电站”的反应堆,在曾经持续15万年的一段时期内,是如何每3个小时进行一次能量输出的。

奥克洛(Oklo)是非洲加蓬共和国一个铀矿区的名字。正是从这个矿区,法国取得了其核计划所需的铀。1972年,当这个矿区的铀矿石被运到法国时,人们发现其中一些铀矿竟然是被“利用过”的,铀235的含量不足0.3%,低于0.711%的天然含量,似乎这些铀矿石早已被一个核反应堆使用过。正是这一现象导致科学家实地调查,并发现了该地区的天然核反应堆:当地铀矿石中的铀曾经历了一个自给自足的链式裂变反应,这曾释放出大量的热能

在这一过程中,铀原子的放射性裂变释放出中子,从而引起其他铀原子的裂变,最终导致核裂变并释放出热能之类的能量。现代的核反应堆正是运用这一原理来产生能量的。

然而,让人感到困惑不解的是,奥克洛“核反应堆”链式裂变并未出现失控的痕迹,否则将导致矿脉被破坏,甚至发生爆炸。一切都似乎是井然有序的。在现代的核工厂,人们利用缓和剂来控制核反应速度,缓和剂可以吸收一些裂变的中子,使链式裂变速度慢下来,当然也可以通过对中子能量的调节来加速反应的进行。

专家分析编辑本段回目录

奥克洛核反应堆一般反应堆的回路系统
经过多年探索,科学界终于认定,奥克洛铀矿的铀235,是链式反应中生成的“矿渣”,是“核反应堆”曾经存在的证据,这表明奥克洛铀矿区的“核反应堆”,在20亿年前已经点火工作。在20亿年前,奥克洛铀矿中铀235含量比现在高很多,由于某种原因,可能是自然条件得天独厚,此地形成了“核反应堆”。反应堆的燃烧使铀235的链式反应得以缓慢进行,并且在数十亿年演化过程中,断断续续地释放原子能,其方式和间歇泉喷水相似。

这简直是不可思议的。要知道,要发生核裂变链式反应,先要有大量高浓度铀235,而天然铀矿中只含有极少比例的铀235;即使铀235足够多,要想使核反应不成为核爆炸,还必须使用中子慢化剂如重水等;即使上述两个条件满足了,也并不等于真能发生持续的核反应,还必须使铀与慢化剂之间有某种比例的配置。

在人类建造的核电站中,通常都是核裂变反应堆。在这种反应堆中,必须用高纯度浓缩铀或钚为燃料;必须用石墨、重水等慢化剂来获得慢中子;反应堆中必须加装控制棒,使链式反应受人控制,以缓慢释放原子能。如此苛刻的条件,在奥克洛铀矿的“核反应堆”中,是如何实现的呢?至今在科学界仍然存在很多争论。最自然的论点是,奥克洛铀矿纯粹是大自然的手笔。20亿年前,种种机缘的巧合,使奥克洛矿区的铀235含量比现在高得多。于是大自然就地取材,利用普通水作“慢化剂和控制阀”,使链式反应在人类难以想象的环境中,简洁而神奇地发生。

水的作用举足轻重,这是科学界的最新论点。美国科学家亚历山大·梅希克认为,铀235产生的快中子经过矿石中地下水慢化和控制后,变成了慢中子,使链式反应能以缓慢方式发生。更令人称奇的是,铀235发生的每一次链式反应,都可能持续数千年。因为当核反应堆的温度太高时,将有更多的水蒸发掉,于是链式反应速度减慢、规模变小,使核反应堆温度降低甚至熄火。在这以后的漫长岁月中,地下水会重新汇聚,使慢中子增多,链式反应加速,核反应堆温度升高,以实现重新点火启动。所以,有科学家相信,20亿年来,整个链式反应过程像间歇喷泉一样重复发生。显然,地下水是核反应的触发和控制开关,是关键所在。也就是说,奥克洛核反应堆,之所以没像原子弹那样爆炸,“功劳”全在于地下水的神奇控制,使之在持续几千年的链式反应中,一直缓慢释放着原子能。

科学预言编辑本段回目录

奥克洛核反应堆核反应堆
对于奥克洛现象,科学家们早在60年代就有预言,比如,中国著名的科学家,中国科学院学部委员侯德封先生,在60年代就明确指出,由于U235的放射性半衰期,也就是U235在放射性衰变过程中,原子核的数目或U235的浓度,减少到原来数目的一半时,所需要的时间大约为7亿年,因此,现在天然U235的正常浓度为0.72%,但是在几十亿年前,也就是地球形成后的几十亿年中,铀矿中U235的浓度却远高于今天的浓度,也就是天然的浓缩铀,如果自然条件具备的话,就会发生天然的自持链式核裂变反应。

国外科学界的同行们也相继作出了同样的预见,美国的一些科学家明确指出,20亿年前的铀矿石中U235的浓度足以产生天然连锁反应,并且明确地给出了天然铀矿发生天然自持链式核裂变反应的条件。很快,在1972年,科学家们的预见被证实了。

专家实验编辑本段回目录

奥克洛核反应堆奥克洛核反应堆核电站实验
《自然》杂志报道,科学家发现,奥克洛反应堆裂变的进行和停止是有周期性的,每30分钟的裂变反应之后就会有两个半小时的间歇。科学家经过观察与实验,认为是矿石中的水充当了这一角色。当铀原子发生核裂变时,被释放出的中子运行速度极快,以至于不能被其他原子吸收,因而不能引发其他原子的链式裂变。但是水能让中子的速度慢下来。在奥克洛的反应堆中,正是水的关键作用才让链式反应得以持续。

然而,反应进行时会产生大量的热,这会把岩石中的水分蒸干,没有了天然缓和剂,反应堆就会停止反应。只有当岩石冷却之后,水分含量又重新从地下水那里得到补充,核反应才会再次开始。

科学家是在测定了奥克洛地区岩石中氙的含量之后得出上述结论的,作为裂变生成物,氙这种气体一旦生成,就会从铀矿石中散发到空气中。但是假如反应堆存在周期性的冷却,氙就可以被保存在铝磷酸盐的岩石颗粒中。奥克洛当地矿石颗粒中的高含量证明了这些天然反应堆的确是周期性运行的。

现代工业核反应堆会产生出氙和等气体,但人们一直没有捕捉它们的可行办法,对奥克洛天然核反应堆的研究,也许可以让今天从事核工业的技术专家们得到启发。

相关结论编辑本段回目录

奥克洛核反应堆奥克洛核反应堆
对于20亿年前的U235的浓度来说,实在是太容易了,要求的条件也非常简单。

首先是U235的浓度一般至少要超过1%。因为正常情况下,一般动力核反应堆使用的核燃料都是浓度超过1%、一般不超过5%的低浓度U235。现在U235的正常浓度是0.72%,而U235的半衰期大约为7亿年,也就是说,每往前推7亿年,其浓度就应该是现在浓度的一倍,那么20亿年前的U235正常浓度就远高于3%。

其次就是,U235在放射性衰变过程中,会放出中子,如果其他U235的核吸收一个中子后,通常会分裂成两个小核,并放出2到3个快中子,同时释放出能量。如果放出的这些中子,只要有1个以上能够被其他U235俘获,就能发生核裂变反应。但是,U235裂变产生的是快中子,不容易被俘获,所以反应堆需要慢化材料,如水(矿床局部断裂可以引起水的渗透)或碳等来减慢快中子的速度。当铀矿中沉积的铀浓度较高,同时堆块质量或者是堆块体积超过临界值时,中子被俘获的机会就会大大增加,核裂变反应也就非常容易发生了。

如果上述核裂变反应不断加剧,释放的能量过多,就会使温度升高到一定程度(此时若不加以控制,反应会更加剧烈,就会发生核爆炸),慢化材料水就会汽化为蒸汽,前面提到的对快中子的慢化效应就会降低,连锁反应减慢。这个自然调节机制使得反应堆能够稳定地运行,这样就形成了自持链式核裂变反应。可见,奥克洛现象完全是地球演化过程中发生的自然现象,并不是史前人类的杰作。

未解之谜编辑本段回目录

奥克洛核反应堆奥克洛核反应堆分布位置
二十亿年前,在今天的非洲加蓬共和国,曾存在着一个大型的链式核反应堆,运转了很多万年。奥克洛(Oklo)是非洲加蓬共和国一个铀矿的名字。从这个矿区,法国取得其核计划所需的铀。1972年,当这个矿区的铀矿石被运到一家法国的气体扩散工厂时,人们发现这些铀矿是被利用过的,其含量低于0.711w%的自然含量。似乎这些铀矿石早已被一个核反应堆使用过。法国政府宣布了这一发现,震惊了全世界。科学家们对这个铀矿进行了研究,并将研究成果于1975年在国际原子能委员会(International Atomic Energy Agency)的一个会议上公布。

法国科学家在整个矿区的不同地方都发现了核裂变的产物和TRU废物。开始时,这些发现让人很迷惑,因为用天然的铀是不可能使核反应堆越过临界点(而发生核反应的),除非在特别的情况下,有石墨和重水。但在Oklo周围地区,这些条件是从来都不大可能具备的。

U235的半衰期为七亿(7.13E8)年,少于U238的半衰期四十五亿(4.51E9)年。从地球形成至今,相比U238,更多的U235衰变了。这就说明在久远年代以前,天然铀矿的浓度比今天要高的多。实际上,简单的计算就可以证明,30亿年前此浓度为3w%左右。而此浓度已足以在一般的水中进行核反应。而当时在Oklo附近是有水源的。

让人吃惊的是,这座核反应堆的构成非常合理。比如,目前的研究结果表明,这个核反应堆有几公里,如此巨大的一个核反应堆,对周围环境的热干扰却局限在反应区周围40m之内。更让人吃惊的是,核反应所产生的废物,并没有扩散,而是局限在矿区周围。

面对这一切,科学家们承认这是一个“天然”的核反应堆,将它写进了教科书,并研究它在核废料处理方面的价值。但是敢于再向前探索一步的,就没有多少人了。

其实现在,很多人都知道这是史前文明所留下的遗迹。也就是说,二十亿年前,在今天我们叫做奥克洛的地方,可能存在着高度发达的文明,远远超过今天人类的文明。与这个“天然”的大型核反应堆相比,今天人类所能建造的最大的核反应堆,也显得黯然失色。

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