1942年，在芝加哥大学的一个网球场上，著名物理学家费米建造了历史上第一座反应堆，人类从此进入了核能时代。

然而，在非洲加蓬共和国的奥克洛 Oklo，竟发现一座20亿年前就开始运行的反应堆，震惊了全世界。

这个反应堆是真实的吗？它会是史前文明的遗迹吗？且听人马君为您揭秘：

人类历史上第一座反应堆

现代核电站

神秘的铀矿石

上个世纪70年代，正在大力发展核工业的法国，一直从加蓬进口铀矿。

铀矿石先在加蓬被制成黄饼，再送往法国皮埃尔拉特气体扩散工厂生产浓缩铀。

在这里，铀235的富集度被提升到3%左右，就可以用作核燃料了。

富集度，或称浓度，是指铀235在铀元素中所占的质量分数，在浓缩之前，地球上所有天然铀矿的铀235浓度都应该是0.72%，其余部分基本上都是铀238，甚至月球上也是这个比例。

铀精矿粉——黄饼

1972年春，皮埃尔拉特工厂的实验室发现，工厂所使用的原料里，铀235的浓度为0.7171%，比公认的数据少了千分之三。

涉核无小事，如果有人偷窃核材料，那这事儿可就大了！于是法国对铀矿的供应链进行了细致的调查，从法国追溯到加蓬的黄饼工厂，再到一个名为奥克洛的露天矿区。

调查发现，在1970至1972年，来自奥克洛的铀实际上仅含有0.69%的铀235，皮埃尔拉特工厂发现的差异更微小，是因为奥克洛铀与大量正常的铀混合了。

奥克洛露天铀矿

在对奥克洛矿区进行了大量勘探后，在特定的区域，发现了铀235浓度仅为0.44%的贫化铀，只有天然丰度的60%，这已不可能用天然形成的理论来解释。

同时在矿区的岩石中，发现了铀的裂变产物（钐、钕等）。

答案已经呼之欲出，这些贫化的铀是被使用过的，在奥克洛矿区的某个地方，发生过核裂变！

铀矿内部

矿坑中的反应堆

1973年3月，奥克洛矿区的富集度异常区域被查明：在矿层中，发现了16处异常区域，在这些区域中，出现了铀235浓度仅0.3%的样品，再度刷新了下限。

人们蓦然发现，这些区域就是一座座货真价实的反应堆！ 实际上有17处，另外一处在30公里外的班古贝

这些反应堆早已处于熄灭状态，根据分析，它们大约在20亿年前开始启动，功率可达到10~100千瓦，并运行了几十万年之久。

要知道，人类建造的最先进反应堆的寿命最多只有60年。

发现了反应堆，那些贫化的铀矿石，以及矿层中核裂变产物的来源也就顺理成章了。

然而一个更大的谜团随之出现：是谁在20亿年前就实现了受控核裂变，建造了史前反应堆？

谁建造了反应堆？史前文明还是外星人？

首先，奥克洛反应堆不可能是现代人修建的，除非是穿越了，而且是带着一大群科学家、工程师和施工机械穿越。

按照如今的生物进化理论，20亿年前，地球上只有原始的微生物存在，而且是细菌之类的原核生物，相当的低级，显然也指望不上。

最劲爆的猜测当然是我们未发现的史前文明，或是外星人修建了它。

出于猎奇的心理，大家肯定特别喜欢听到这类消息：外星人是个筐，什么未解之谜都能装。

外星人的反应堆？

但是从反应堆的实际情况，看不出有任何文明的痕迹存在。

能发现的只有矿脉、岩层。

而且，这些反应堆的输出只有热量，功率也不大，史前文明或外星人建造它们有什么意义呢？只是为了给后人一个惊喜？很明显，此路不通。

谜底揭晓

还是让我们回到科学的轨道上，理性的探究这些神奇的反应堆。

一般的慢中子核反应堆的能量来源是铀235核裂变：一个铀235原子核吸收一个慢中子后，裂变为两个较轻的核，同时释放出2~4个中子（平均值为2.416个）和200兆电子伏的能量，而这些中子可以被其它铀235原子核吸收，继续发生裂变，被称为链式裂变反应。

而要想做出一个能持续产生能量的反应堆，必须使链式反应能够自我维持，也就是说，一次裂变释放出的中子，恰好足够引发下一次裂变反应，这时反应堆就达到了临界，能够正常运行了。

铀235的核裂变

然而实际情况却非常复杂，铀235裂变放出的中子都是高能的快中子，很难被下一个铀235核吸收，这就需要慢化剂，将快中子的速度降下来，成为慢中子。

而铀235只占反应堆中物质的一小部分，中子还会被其它物质所吸收，例如大量的铀238，另外中子还可能直接跑出反应堆外。

要实现自持式链式反应，一般反应堆需要一个包含核燃料和慢化剂的堆芯，并在堆芯外面包上反射层，如下图所示。

反应堆的简化结构

前面说过，天然铀中铀235只占0.72%，含量太少，如果直接使用天然铀作为核燃料的话，必须使用重水作为慢化剂，因为重水对中子的吸收很少。

而重水是非常难以获取的，如果用普通的轻水作为慢化剂，那么就需要使用浓缩铀，将铀235浓度提高到3%左右，这也是目前绝大多数核电站的做法。

堆芯中的核燃料

奥克洛反应堆的核燃料显然用的是天然铀，而在20亿年前，想要找到重水更是绝不可能，除非再次找上外星人……那么反应堆是怎样实现临界的呢？

原来，在亿万年前，铀235的浓度并不像现在这么低。

我们知道铀235的半衰期是7亿年，而铀238的半衰期为44.7亿年，人马君计算了一下，20亿年前铀235的天然浓度应该是3.71%，与现代核燃料非常接近，因此可以使用轻水作为慢化剂。

也就是说，20亿年前地球上的铀矿，直接就是浓缩铀！可惜那时人类还未出现，要不然就不用费这么大劲儿搞铀浓缩了。

核燃料的问题解决了，那么作为慢化剂的水从哪里来呢？地质学家为我们解开了谜团：21亿年前，在奥克洛地区形成了含铀的砂岩层，随后的1亿年的时间里，含铀砂岩层的上方沉积了厚达3000米的黑色含碳页岩。

在重力的作用下，两层之间出现了裂缝，富含氧气的地表水顺着裂缝进入了砂岩层，溶解了砂岩中的含铀矿物质，并使铀汇集在十几个大大小小的口袋形区域中，形成了晶质铀矿。

奥克洛矿区地质分布，灰色圆圈即为天然反应堆区域

当口袋中的铀和水达到一定量后，链式裂变反应发生了，随即释放出大量的热量，温度迅速升高，水被蒸干后，反应会自动停止。

每次反应大概持续30分钟，而2.5小时后，由于足量的水再次进入口袋，反应又重新开始。

借用个专业术语来说，这个反应堆还是个脉冲堆。

一切都大白于天下，原来是大自然的鬼斧神工建造了这些罕见的反应堆，与史前文明和外星人都没有关系。

据估计， 这16个反应堆分别运行了15万年至85万年不等，共发出热量达1300亿千瓦时，消耗铀235约5.5吨。

早期地球的火山活动

奥克洛反应堆现象表明，在二十亿年前甚至更早的洪荒时代，地球上铀235的浓度比较高，可能存在许多天然反应堆。

有科学家认为，早期地球地质活动的动力，有一部分就来自天然发生的核裂变。

不过截至目前，除了奥克洛之外，还没有发现其它地方因为天然反应堆而造成铀的贫化。

奥克洛之所以能形成反应堆，极可能与该地区特殊的地质构造和变迁有关。

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