非洲发现一个核反应堆：拥有20亿年历史！

您可能听说过非洲曾经发现过一个20亿年前的核反应堆—— 奥克洛天然核反应堆！ △ 芝加哥一号堆要知道，人类的第一座可控核反应堆是在1942年建造的——芝加哥一号堆，20亿年前怎么可能会有核反应堆存在了。所以，这个史前核反应堆的故事直到今天还在互联网上流传，许多博主用它来证明史前文明的存在。那么它到底是怎么回事呢？简单地说，史前核反应堆是真的，但史前文明是假的。 1972年，法国的一家核燃料加工厂在对从非洲奥克洛矿区（在如今的加蓬共和国，当时是法国的殖民地）进口的铀矿进行常规分析时，发现了一些不同寻常的事。他们发现这批铀矿中的铀-235含量明显太低了，这种情况似乎确实指向一种可能——它在过去被使用过。至于为什么铀-235的含量偏低，就是表示它在过去可能被使用过。这要从太阳系铀元素的来源说起了。像铀这种拥有92个原子的重核元素无法通过核聚变产生，这意味着现在的太阳系，无论是太阳，还是地球，还是其它行星或卫星，都无法自行合成铀。宇宙中的铀主要是通过超新星爆发或者中子星合并产生的！在太阳系形成初期，周围可能发生了相关事件，生产了大量的铀，这些铀被早期的太阳系所吸收，成为太阳系的原材料，并最终被分布到包括地球在内的各个星球中。如今，铀是一种重要的战略资源，它是许多核反应堆的关键材料。我们从地下开采的天然铀包含两种同位素—— 铀-238 和铀-235 ，核反应堆所需要的其实是铀-235——因为只有它才可以维持核链式反应。然而，铀-235仅占天然铀的一小部分——大约是0.7204%，而其它都是铀-238。其实， “0.7204%”这个铀-235比例是一个相当固定的值，无论你在地球哪里获取的铀，铀-235的含量大概率都是这个比例左右，甚至您在太阳系的其它星球（只要它不是捕获的天体）去开采铀矿，铀-235的含量也基本都是这个比例。之所以这个比值很固定，是因为太阳系的铀有着相同的起源，而之所以铀-235的含量如此之低，是因为铀-235的半衰期是7.04亿年，而铀-238的半衰期达到了44.7亿年。现在我们回到奥克洛矿区的铀矿问题！当时法国的科学家测得，那里的铀样本中铀-235的含量明显低于0.72%，有的甚至不足0.3%。如果那里的铀矿是天然的，那铀-235含量怎么会如此之低？其实，出现这种情况有两个假设，要么是那里的铀矿不是地球自带的，要么就是我们前面提到的，它在过去发生了裂变反应，导致部分铀-235变成了其它元素。这两个假设指向了如今两个广为流传的谣言——外星文明在史前到访过地球并留下这些铀和史前文明利用铀-235制作了核反应堆。 △ 一位地质学家正在加蓬奥克洛矿中，图源：US Department of Energy 奥克洛天然核反应堆到底怎么回事？经过科学家们数十年的严密考证，事实证明，这个铀矿确实属于地球天然自带的无疑，而且它确实就是是一个核反应堆遗迹。只不过和史前文明或者外星人没关系，它是天然形成的。人类建造的可控核反应堆，指的是它能够进行链式反应，但不至于像原子弹那样爆炸。而所谓链式反应，就是只要开始提供一次中子轰击引发铀-235裂变反应之后，其释放的中子就可以继续引发其它铀-235的裂变反应。如果大自然要出现一个核反应堆，那么它也必须符合人类制造可控核反应堆的标准才行。除了初始的中子轰击外，它还必须满足两个标准，一个是铀-235的浓度必须在3%-5%之间，另一个是存在某种机制来调节反应过程中的中子活动。首先，铀矿中不缺中子，铀-238就有极小的概率出现自发裂变，这个过程会释放中子，另外还有其它许多方式都会产生中子。其次，20亿年前地球铀矿中铀-235的浓度是在3%-4%之间，也符合标准，这点很好理解，因为我们现在的铀-235水平是经历了将近3个半衰期后的结果。现在只剩最后一个条件，到底用什么东西来调节中子活动？无论是铀-235自己裂变产生的中子，还是其它途径获得的中子，它的速度都太快了，这样会导致铀-235无法吸收中子，从而无法维持链式反应。现代的核反应堆是通过慢化剂将中子速度慢下来，不过慢化剂并不是什么难得材料，水就能做到。人类建造的一些古老核反应堆喜欢使用一些气体或石墨砖来减慢中子，但现在主要用的都是水。奥克洛矿区肯定不缺水，那里甚至有一条地下河遗迹。在20亿年前，当地下河的河水漫过铀矿时，它就会发生链式反应，但是这个过程中会释放大量热量，从而快速将水蒸发掉，一旦没有水，反应变停止，直到下一次雨水漫过铀矿。所以，奥克洛天然核反应堆是断断续续发生链式反应的，这个过程可能一直持续了数百万年，直到铀-235的浓度不足以继续维持链式反应为止。最后奥克洛这个史前核反应遗迹堆是目前发现的唯一一个天然核反应堆，但我们不难发现，在20亿年前形成这种核反应堆的条件并不难。所以，类似的史前反应堆遗迹或许正在其它地方等着我们挖掘。