奥克洛核反应堆 - 搜狗百科
奥克洛核反应堆
的奥克洛由法国弗朗西斯&发现，指在层中发现的铀的能够在过去自持的一种现象。1956年日裔美籍物理学家黑田和夫预言了在某种条件下存在天然核反应堆的可能性。发现的天然核反应堆的自然条件与预言非常相似。奥克洛是目前世界上唯一确认的曾经自然发生自持的核连锁反应的地方，共有16处。从大约20亿年以前开始反应，断断续续反应了几十万年，在此期间平均输出功率为100千瓦输出为3000万伏特。
a class=&ed_image_link& title=&点击查看大图& href=&http://pic./ugc/baikepic2/643007.jpg/800& target=&_blank&&关于“奥 克洛 ”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： 1972年， 从
进口一些 石，准备用于。这些 石产于奥 克洛地区，但是，经过 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 奥克洛区的各点取样，然后做 分析，又发现了浓度低于0.3%的（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 奥克洛区，从而引发了奥克洛 中的铀进行了天然的自持链式 ，从而使奥克洛区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） ，被称之为奥 克洛现象。奥 克洛 通常人们以为，在地球上，只有人类建造的“ ”。可是，在 西海岸的 奥 克洛， 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 中一种铀的
进行常规分析，结果显得异乎寻常：天然的含量，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 可能已燃烧过。
奥 克洛1972年6月，奥克洛的 矿石运到了 的一家工厂。 科学家对这些 矿石进 行了严格的科学测定，发现这些矿石中能直接作为的 235的含量偏低，甚至低到不足0．3%。而其他任何矿中 235的含量理应是0.73%。事实上这种奇特的现象早在二十年前已被科学家们预言。
探讨和研究
经过再三深入探讨和研究，科学家们十分惊奇地发现：这些 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 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 ，又叫 。这个 由6个区域的大约500吨 组成，它的输出功率只有100千瓦左右。据科学家们考证，该矿成矿年代大约在20亿年前， 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 ，科学家们开心不已，因为早在二十年前加州大学的乔治·维色里尔（George W.Wetherill）和的马可·英格兰姆（Mark G.Inghram）就指出20亿年前的铀矿石可能产生天然。在1956年，的日裔核化学家黑夫更归纳出了成立所需要的条件，这些条件，在奥克劳铀矿的数十个矿床中，有十几个恰好都符合。
是使铀等 的 裂变以取得原子能的装置。这种装置绝对不可能 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设备，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 或氢核通过热 聚合成为氦核的过程取得原子能。
奥克洛。最早的 出现在20亿年前。这一令人震惊的结论缘自1972年科学家在
奥 克洛地区发现的 天然。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 ”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 输出的。 奥 克洛（Oklo）是
共和国一个铀 的名字。正是从这个 ， 取得了其核计划所需的铀。1972年，当这个 的 石被运到 时，人们发现其中一些 竟然是被“利用过”的， 的含量不足0.3%，低于0.711%的天然含量，似乎这些 石早已被一个 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：当地 石中的铀曾经历了一个自给自足的链式 ，这曾释放出大量的 。在这一过程中，铀 的放射性裂变释放出 ，从而引起其他铀的裂变，最终导致核裂变并释放出 之类的 。现代的 正是运用这一原理来产生 的。然而，让人感到的是，奥 克洛“ 堆”链式裂变并未出现失控的痕迹，否则将导致 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 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 的调节来加速反应的进行。
经过多年探索，科学界终于认定， 的 ，是
中生成的“ ”，是“ 堆”曾经存在的证据，这表明奥克洛铀 的“堆”，在20亿年前已经点火工作。在20亿年前， 中 含量比现在高很多，由于某种原因，可能是 条件得天独厚，此地形成了“ 堆”。反应堆的燃烧使 的 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 ，其方式和 喷水相似。 这简直是不可思议的。要知道，要发生核裂变 ，先要有大量高浓度 ，而天然 中只含有极少比例的；即使足够多，要想使 不成为 ，还必须使用 如 等；即使上述两个条件满足了，也并不等于真能发生持续的 ，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 中，通常都是 核裂变反应堆。在这种反应堆中，必须用高纯度 或钚为燃料；必须用 、 等慢化剂来获得 ；反应堆中必须加装 ，使 受人控制，以缓慢释放 。如此苛刻的条件，在奥 克洛的“ ”中，是如何实现的呢?至今在科学界仍然存在很多争论。最 的论点是， 纯粹是大的手笔。20亿年前，种种机缘的巧合，使奥克洛 的 含量比现在高得多。于是大 就地取材，利用普通水作“慢化剂和”，使 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。 科学家亚历山大·梅希克认为， 产生的快 经过矿石中地下水慢化和控制后，变成了 慢，使 能以缓慢方式发生。更令人称奇的是， 发生的每一次 ，都可能持续数千年。因为当 堆的温度太高时，将有更多的水蒸发掉，于是 速度减慢、规模变小，使 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 慢增多， 加速，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 过程像一样重复发生。显然，地下水是 的触发和，是关键所在。也就是说，奥 克洛 堆，之所以没像 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 中，一直缓慢释放着 能。
对于奥 克洛现象，科学家们早在60年代就有预言，比如， 著名的科 学家， 科学院学部委员 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在过程中，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， 中U235的浓度却远高于今天的浓度，也就是天然的 ，如果 条件具备的话，就会发生天然的自持链式。 国外科学界的同行们也相继作出了同样的预见， 的一些科学家明确指出，20亿年前的 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发生天然自持链式 的条件。很快，在1972年，科学家们的预见被证实了。
实验据杂志报道，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 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 发生核裂变时，被释放出的 运行速度极快，以至于不能被其他吸收，因而不能引发其他的链式裂变。但是水能让 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 得以持续。 然而，反应进行时会产生大量的热，这会把 中的水分蒸干，没有了天然缓和剂，反应堆就会停止反应。只有当冷却之后，又重新从 那里得到补充， 才会再次开始。科学家是在测定了奥 克洛地区岩石中的含量之后得出上述结论的，作为裂变，这种气体一旦生成，就会从 中散发到空气中。但是假如反应堆存在周期性的冷却，就可以被保存在铝的岩石颗粒中。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 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 天然的研究，也许可以让今天从事的技术专家们得到启发。
奥克洛 对于20亿年前的U235的来说，实在是太容易了，要求的条件也非常简单。 首先是U235的一般至少要超过1%。因为正常情况下，一般动力核反应堆使用的 都是超过1%、一般不超过5%的低U235。现在U235的正常 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，其就应该是现在的一倍，那么20亿年前的U235正常就远高于3%。其次就是，U235在放射性衰变过程中，会放出 ，如果其他U235的核吸收一个后，通常会分裂成两个，并放出2到3个快，同时释放出能量。如果放出的这些 ，只要有1个以上能够被其他U235俘获，就能发生 。但是，U235裂变产生的是快 ，不容易被俘获，所以反应堆需要 材料，如水（矿床局部断裂可以引起水的渗透）或碳等来减慢快的速度。当 中沉积的铀浓度较高，同时堆块质量或者是堆块体积超过时， 被俘获的机会就会大大增加， 也就非常容易发生了。如果上述 不断加剧，释放的 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 ）， 材料水就会汽化为 ，前面提到的对快 的效应就会降低，连锁反应减慢。这个 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。可见，奥 克洛现象完全是地球演化过程中发生的 现象，并不是的杰作。
二十亿年前，在今天的
，曾存在着一个大型的 ，运转了很多万年。奥 克洛(Oklo)是
一个的名字。从这个， 取得其核计划所需的铀。1972年，当这个矿区的 石被运到一家 的 工厂时，人们发现这些是被利用过的，其含量低于0.711w%的 含量。似乎这些石早已被一个使用过。 政府宣布了这一发现，震惊了全世界。科学家们对这个 进行了研究，并将研究成果于1975年在国际委员会(International Atomic Energy Agency)的一个会议上公布。
科学家在整个 的不同地方都发现了 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 越过(而发生核反应的)，除非在特别的情况下，有 和 。但在Oklo周围地区，这些条件是从来都不大可能具备的。U235的 为七亿(7.13E8)年，少于U238的四十五亿(45.1E9)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 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 。而当时在Oklo附近是有 的。
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年，法国的一家核燃料加工厂在检测一批铀矿石时发现，其中铀235同位素的含量略低于正常丰度。追踪这批核燃料的来源，发现它们产于西非加蓬共和国的奥克劳地区。那里有些铀矿中铀235含量甚至只有正常值的60%。进一步分析这些铀矿中某些核反应产物的同位素丰度分布后，科学家们终于断定，在大约20亿年前，奥克劳地区曾经存在过天然的核反应堆。
顺便提一下，在科学家的眼里，这个看似神奇的天然核反应堆其实一点也不神奇。早在50年代，科学家们就预言了在远古时代存在这种天然核反应堆的可能性。1956年，美籍日裔核化学家黑田和夫(Paul Kazuo Kuroda)还给出了形成天然核反应堆必须具备的详细条件。某些鼓吹史前文明、外星文明的江湖学者和神功大师们津津乐道这个天然核反应堆，把它说成“布局非常合理，我们现在的人都不可能创造出来的”，只不过是别有用心或卖弄无知而已。
奥克劳天然核反应堆遗址
还是回到我们的话题。在奥克劳的铀矿中，有一种叫做钐的稀有金属。钐有四种同位素，其中钐147会缓慢的衰变为钐148，其半衰期大约为1000亿年。其他三种同位素钐148、钐149和钐150都非常稳定。
当奥克劳反应堆运行时，钐149在核反应产生的中子的轰击下，可以很快地转变为钐150。所以在奥克劳铀矿中，钐149的含量远远低于其天然丰度。而另一方面，核反应堆中钐149的含量也可以从理论上通过钐149的中子散射截面计算出来。反过来，如果知道了反应堆中钐149的含量，也可以用来计算钐149的中子散射截面。
因为奥克劳铀矿中的钐同位素分布是20亿年前的核反应留下的，钐149又极为稳定，这样，奥克劳天然核反应堆就为我们提供了20亿年前钐149的中子散射截面的信息。而散射截面又取决于强相互作用的精细结构常数，所以，把它与现代实验室中测得的中子散射截面相比较，就能够推算出强相互作用的精细结构常数随时间的变化情况。科学家们的精确测量发现，20亿年来强相互作用的精细结构常数的变化极其微小（如果有的话），总变化率不超过十亿分之四，年相对变化率不超过 2 × 10-19，远远低于狄拉克大数猜想值。
虽然从奥克劳天然核反应堆得到的是强相互作用的精细结构常数，但是科学家们倾向于认为，如果精细结构常数的变化是由光速的改变引起的，那么强相互作用的精细结构常数与电磁作用的精细结构常数的变化应该是一致的。
第三方面关于精细结构常数随时间变化的实验证据，就是本文一开始提到的来自宇宙深处类星体的光谱数据。类星体是一种奇特的天体，它的亮度极大，发光强度可以超过整个银河系发光强度的总和，而直径却只与太阳系相当。类星体通常具有很大的红移值，根据哈勃定律，可推算它们与地球的距离十分遥远，一般在几十亿光年到1百多亿光年之外。类星体的光线在穿越茫茫宇宙来到地球的过程中，有一部分会被一些宇宙空间的气体云吸收，从而形成吸收光谱。在地球上光测到这些吸收光谱，其实是在几十亿到一百多亿年前形成的。如果那时候的精细结构常数跟现在的不同，光谱数据也就会有所不同。
前面谈到，光谱精细结构中两条谱线之间的距离与精细结构常数的平方成正比。所以，最直接的测量方法，就是把这些来自遥远类星体的光谱的精细结构，与地面试验测得的数据进行比较。问题是，光谱的精细结构本来就很“精细”，它随精细结构常数变化而改变的量就更小了。所以直接测量某种元素的精细结构不能取得很高的精度。澳大利亚科学家韦伯等人另辟蹊径，提出可以通过比较不同元素吸收谱线的位置
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科普知识：非洲20亿年前天然核反应堆揭秘
　谁启动了20亿年前的核反应堆
　　撰文 亚历克斯·P·梅希克(Alex P. Meshik)
　　翻译 波特
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　　20亿年前，十几座天然核反应堆神秘启动，稳定地输出能量，并安全运转了几十万年之久。为什么它们没有在爆炸中自我摧毁？是谁保证了这些核反应的安全运行？莫非它们真的如世间的传言那样，是外星人造访的证据，或者是上一代文明的杰作？通过对遗迹抽丝剥茧地分析，远古核反应堆的真相正越来越清晰地暴露在我们面前。
　　1972年5月，法国一座核燃料处理厂的一名工人注意到了一个奇怪的现象。当时他正对一块铀矿石进行常规分析，这块矿石采自一座看似普通的铀矿。与所有的天然铀矿一样，该矿石含有3种铀同位素——换句话说，其中的铀元素以3种不同的形态存在，它们的原子量各不相同：含量最丰富的是铀238；最稀少的是铀234；而人们垂涎三尺，能够维持核链式反应(chain reaction)的同位素，则是铀235。在地球上几乎所有的地方，甚至在月球上或陨石中，铀235同位素的原子数量在铀元素总量中占据的比例始终都是 0.720%。不过，在这些采自非洲加蓬的矿石样品中，铀235的含量仅有0.717%！尽管差异如此细微，却引起了法国科学家的警惕，这其中一定发生过某种怪事。进一步的分析显示，从该矿采来的一部分矿石中，铀235严重缺斤短两：大约有200千克不翼而飞——足够制造6枚原子弹。
　　接连几周，法国原子能委员会(French Atomic Energy Commission，简写为CEA)的专家们都困惑不已。直到有人突然想起19年前的一个理论预言，大家才恍然大悟。1953年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的乔治·W·韦瑟里尔(George W. Wetherill)和芝加哥大学的马克·G·英格拉姆(Mark G. Inghram)指出，一些铀矿矿脉可能曾经形成过天然的核裂变反应堆，这个观点很快便流行起来。其后不久，美国阿肯色大学的一位化学家黑田和夫 (Paul K. Kuroda)计算出了铀矿自发产生“自持裂变反应”(self-sustained fission)的条件。所谓自持裂变反应，即可以自发维持下去的核裂变反应，是从一个偶然闯入的中子开始的：它会诱使一个铀235原子核发生分裂，裂变产生更多的中子，又会引发其他原子核继续分裂，如此循环下去，形成连锁反应。
　　黑田和夫认为，自持裂变反应能够发生的第一个条件就是，铀矿矿脉的大小必须超过诱发裂变的中子在矿石中穿行的平均距离，也就是0.67米左右。这个条件可以保证，裂变的原子核释放的中子在逃离矿脉之前，就能被其他铀原子核吸收。
　　第二个必要条件是，铀235必须足够丰富。今天，即使是储量最大、浓度最高的铀矿矿脉也无法成为一座核反应堆，因为铀235的浓度过低，甚至连1%都不到。不过这种同位素具有放射性，它的衰变速率比铀238快大约6倍，因此在久远的过去，这种更容易衰变的同位素所占的比例肯定高得多。例如，20亿年前奥克罗铀矿脉形成的时候，铀235所占的比例接近3%，与现在大多数核电站中使用的、人工提纯的浓缩铀燃料的浓度大致相当。
　　第三个重要因素是，必须存在某种中子“慢化剂”(moderator)，减慢铀原子核裂变时释放的中子的运动速度，从而使这些中子在诱使铀原子核分裂时，更加得心应手。最终，矿脉中不能出现大量的硼、锂或其他“毒素”，这些元素会吸收中子，因此可以令任何核裂变反应戛然而止。
　　最终，研究人员在奥克罗和邻近的奥克罗班多地区的铀矿中，确定了16个相互分离的区域——20亿年前，那里的真实环境，居然与黑田和夫描绘的大致情况惊人地相似。尽管这些区域早在几十年前就被全部辨认出来，但是远古核反应堆运转过程的种种细节，直到最近才被我和同事彻底揭开。
　　轻元素提供证据
　　重元素分裂产生的轻元素提供了确凿无疑的证据：奥克罗铀矿在20亿年前确实发生过自持核裂变反应，而且持续时间长达数十万年。
　　奥克罗的铀异常情况被发现之后不久，物理学家就确定，天然的裂变反应导致了铀235 的损耗。一个重原子核一分为二时，会产生较轻的新元素。找到这些元素，就等于找到了核裂变确凿无疑的证据。事实证明，这些分裂产物的含量如此之高，因此除了核链式反应以外，不可能存在其他任何解释。这场链式反应很像1942年恩里科·费米(Enrico Fermi)及其同事所做的那场著名演示(当时他们建成了世界上第一座可控原子核裂变链反应堆)，反应全靠自己的力量维持运转，只是时间上提早了20亿年。
　　如此令人震惊的发现公布后不久，世界各地的物理学家便开始研究这些天然核反应堆的证据，并在1975年加蓬首都利伯维尔的一次特别会议上，分享了他们关于“奥克罗现象”的研究成果。第二年，代表美国出席那次会议的乔治·A·考恩 (George A. Cowan，顺便提及，他是美国著名的圣菲研究所的创建者之一，至今仍是该研究所的成员)为《科学美国人》撰写了一篇文章(参见1976年7月号乔治·A·考恩所著《天然核裂变反应堆》一文)，文中他讲解了当时的科学家对这些远古核反应堆运行原理的猜测。
　　比如，考恩描述了钚239的形成过程——数量更加丰富的铀238捕获了铀235裂变释放的一些中子，转变为铀239，然后再释放出两个电子，转化成钚239。在奥克罗铀矿中，曾经产生过超过两吨的钚239。不过这种同位素后来几乎全都消失了(主要是通过天然的放射性衰变，钚239的半衰期为2.4万年)，一些钚自身也经历了裂变，它所特有的裂变产物证明了这一点。这些轻元素丰富的含量让科学家推测，裂变反应一定持续了几十万年之久。根据铀235消耗的数量，他们计算出了反应堆释放的总能量，大概相当于1,500万千瓦的机器运转一整年所消耗的能量；再结合一些其他的证据，就能推算出反应堆的平均输出功率：不超过100千瓦，足够维持几十只烤箱的运作。
　　十几座天然反应堆自发工作，并维持着适度的功率输出，运转了大约几十万年之久，这确实令人惊叹。为什么这些矿脉没有发生爆炸，没有在核链式反应启动后立即自我摧毁？是什么机制使它们拥有了必不可少的自我调节能力？这些反应堆是稳定运转，还是间歇式发作？自奥克罗现象最初发现以来，这些问题迟迟得不到解答。实际上，最后一个问题困扰了人们长达30年之久，直到我和我在美国华盛顿大学圣路易斯分校的同事检测了一块来自这个神秘非洲铀矿的矿石之后，谜底才被逐渐揭开。
　　惰性气体揭露谜底
　　在奥克罗反应堆遗迹中，氙同位素的构成比例出现异常。找出这种异常的根源，就能揭开远古核反应堆的运作之谜。
　　最近，我们对奥克罗的一个反应堆遗迹进行了研究，重点集中在对氙气的分析方面。氙是一种较重的惰性气体(inert gas)，可以被矿物封存数十亿年之久。氙有9种稳定同位素，由不同的核反应过程产生，含量各不相同。作为一种惰性气体，它很难与其他元素形成化学键，因此很容易将它们提纯，进行同位素分析。氙的含量非常稀少，科学家可以用它来探测和追溯核反应，甚至用来研究那些发生于太阳系形成之前的、原始陨石之中的核反应。
　　分析氙的同位素成分需要一台质谱仪(mass spectrometer)，它可以根据原子量(atomic weight)的不同而分离出不同的原子。我有幸可以使用一台极其精确的氙质谱仪，那是我在华盛顿大学的同事查尔斯·M·霍恩贝格(Charles M. Hohenberg)制造的。不过在使用他的仪器之前，我们必须先把氙气从样品中提取出来。通常，科学家只须将寄主矿物加热到它的熔点以上，岩石就会失去晶体结构，无法再保留内部储藏的氙气。为了获得更多关于这种气体起源和封存过程的信息，我们采取了一种更加精巧的方法——激光萃取法(laser extraction)，它可以有针对性地从矿物样品的个别颗粒中释放出氙气，而不会触碰周围其他的部分。
　　我们可以利用的唯一一块奥克罗矿石碎块仅有1毫米厚、4毫米宽，我们把这种技术应用到碎块上的许多微小斑点之上。当然，我们首先需要决定将激光束聚焦到什么位置。在这方面，我和霍恩贝格得到了同事奥尔加·普拉夫迪夫切娃(Olga Pravdivtseva)的鼎力相助，她为我们的样本拍摄了一张详尽的X射线照片，识别出了候选的矿物。每次萃取之后，我们都会将得到的气体提纯，然后把氙气放入霍恩贝格的质谱仪中，仪器会显示出每一种同位素的原子数目。
　　氙气出现的位置令我们大吃一惊，它并不像我们想象的那样，大量分布在富含铀元素的矿物颗粒之中，储藏氙气数量最多的竟然是根本不含铀元素的磷酸铝颗粒。非常明显，在目前发现的所有天然矿物之中，这些颗粒中的氙浓度是最高的。第二个令人惊讶之处在于，与通常由核反应产生的气体相比，萃取出来的气体在同位素组成上有显著的不同。核裂变一定会产生氙136和氙134，但在奥克罗矿石中，这两种同位素似乎缺失严重，而其他较轻的氙同位素含量则变化不大。
　　同位素构成比例上的这种差异是如何产生的呢？化学反应无法提供答案，因为所有同位素的化学性质都完全相同。那么核反应，比如说中子俘获过程(neutron capture)，能不能给出解释呢？经过仔细分析，我和同事们把这种可能性也排除了。我们还考虑过不同同位素的物理分选过程：较重的原子移动速度比较轻的原子稍慢一些，有时它们就会相互分离开来。铀浓缩装置就是利用这个过程来生产反应堆燃料的，不过需要相当高的技术水平才能建造出这样的工业设备。即使自然界能够奇迹般地在微观尺度上创造出类似的“装置”，仍然无法解释我们所研究的磷酸铝颗粒中混合在一起的氙同位素比例。举例来说，如果确实发生过物理分选的话，考虑到现有的氙132的含量，氙136(比氙132重4个原子质量单位)的缺失，应该是氙134(比氙132重2个原子质量单位)的两倍。但实际上，我们并没有看到那样的模式。
　　绞尽脑汁之后，我们终于想通了产生氙同位素构成比例异常的原因。我们所测量的所有氙同位素都不是铀裂变的直接产物。相反，它们是放射性碘同位素衰变的产物，碘则由放射性碲衰变而来，而碲又由别的元素衰变产生，这是一个著名的核反应序列，最终的产物才是稳定的氙气。
　　我们的突破点在于，我们意识到奥克罗样品中不同的氙同位素产生于不同的时期，它们所遵循的时间表由它们的母元素碘和再上一代的元素碲的半衰期所决定。某种特定的放射性前体(precursor，即一系列反应过程的中间产物)存在的时间越长，它们形成氙的过程就被拖延得越久。例如，在奥克罗的自持裂变反应开始后，氙136仅过了大约1分钟就开始生成；一个小时后，稍轻一些的稳定同位素氙 134出现；接下来，在裂变开始的若干天后，氙132和氙131登场亮相；最终，几百万年之后，氙129才得以形成——此时，核链式反应早已停止很久了。
　　如果奥克罗矿脉一直处于封闭状态，那么在它的天然反应堆运转期间积聚起来的氙气，就会保持核裂变所产生的正常同位素比例，并一直保存至今。但是，科学家没有理由认为，这个系统会是封闭的。实际上，有充分的原因让人猜想，它不是封闭的。奥克罗反应堆可以通过某种方式自行调节核反应，这个简单的事实提供了间接的证据。最可能的调节机制与地下水的活动有关：当温度达到某个临界点时，水会被煮沸蒸发掉。水在核链式反应中起到了中子慢化剂的作用，如果水不见了，核链式反应就会暂时停止。只有当温度下降，足够的地下水再次渗入之后，反应区域才会继续开始发生裂变。
　　这种关于奥克罗反应堆如何运转的说法强调了两个要点：第一，核反应很可能以某种方式时断时续地发生；第二，必定有大量的水流过这些岩石——足够冲洗掉一些氙的前体，比如可溶于水的碲和碘。水的存在有助于解释这样一个问题：为什么大多数氙现在留存于磷酸铝颗粒中，而没有出现在富含铀元素的矿物里——要知道，裂变反应最初是在这里生成那些放射性前体的。氙气不会简单地从一组早已存在的矿物中迁移到另一组矿物里——在奥克罗反应堆开始运转之前，磷酸铝矿物很可能还不存在。实际上，那些磷酸铝颗粒可能是就地形成的，一旦被核反应加热的水冷却到 300℃左右，磷酸铝颗粒就会形成。
　　在奥克罗反应堆运转的每个活跃期和随后温度仍然很高的一段时间里，大量的氙气(包括形成速度相对较快的氙136和氙134)会被赶走。等到反应堆冷却时，半衰期更长的氙前体(也就是最后会产生目前含量比较丰富的氙132、氙131和氙 129的放射性前体)则会优先与正在形成的磷酸铝颗粒结合起来。随着更多的水回到反应区域，中子被适当地慢化，裂变反应再度恢复，使这种加热和冷却的循环周而复始地重复下去。由此产生的结果，就是我们所观察到的、奇特的氙同位素构成比例。
　　什么力量能让氙气在磷酸铝矿物中留存20亿年之久呢？再进一步，为什么在某次反应堆运转期间产生的氙气，没有在下一次运转期间被清除呢？对于这些问题，我们还没有找到确切的答案。据推测，氙可能被囚禁在磷酸铝矿物的笼状结构中，这种结构即使在很高的温度下，也能够容纳笼中产生的氙气。尽管具体细节仍不清楚，但不管最终的答案如何，有一点是明确无误的：磷酸铝俘获氙气的能力真是令人惊叹。
　　间歇式核反应堆
　　远古核反应堆犹如今天的间歇泉，有着天然形成的自我调节机制。它们在核废料处置和基础物理研究方面，给科学家们提供了全新的思路。
　　在搞清了观测到的氙同位素在磷酸铝中产生的基本过程之后，我和我的同事们试图从数学上为这个过程建立一个模型。这个计算揭示了有关反应堆运转时间的更多信息，所有的氙同位素都提供了大致相同的答案。我们研究的那个奥克罗反应堆每次“开启”30分钟，然后再“关闭”至少2.5小时。这样的模式犹如我们所看到的一些间歇泉，先是缓慢地加热，然后在一场壮观的喷发中将积蓄的地下水统统蒸腾而出，接着再重新蓄水，开始新一轮循环，日复一日、年复一年地持续下去。这种相似性支持了这样的观点：流经奥克罗矿脉的地下水不仅充当着中子慢化剂的角色，还不时会被蒸发殆尽，形成保护这些天然反应堆不至于自我摧毁的调节机制。在这方面，这种调节机制十分有效，数十万年间没有发生一次熔毁或爆炸事件。
　　人们大概会设想，从事核电工业的工程师也许能在奥克罗学到一两样本事。他们确实能学到东西，不过不一定是有关反应堆设计的，更重要的也许是处置核废料的方法。毕竟，奥克罗就像一个地质储藏室那样运转了如此漫长的时间，这就是科学家要细致入微地进行调查的原因，他们想知道裂变的各种产物如何从这些天然核反应堆中迁移出来。他们还仔细检查了另一处类似的远古核裂变区域，这个地点是通过勘探钻井发现的，位于大约35千米以外的一个叫作班哥贝(Bangombe)的地方。班哥贝反应堆之所以特别引人注目，是因为它的埋藏位置比奥克罗及奥克罗班多地区的露天铀矿更浅，因此在近期有更多的水流过那里。总之，调查得出的结论令我们信心倍增：多种危险的核废料都能够成功地被隔离于地下。
　　奥克罗还演示了一种方法，能够储存那些一度被认为肯定会对环境造成污染的核废料。自从核能发电问世以来，核电站产生的大量放射性氙135、氪85和其他惰性气体，都被释放到大气之中。天然裂变反应堆表明，磷酸铝矿物拥有一种独一无二的能力，能够俘获和储存这些气体废料达几十亿年之久，把这些废气封存在这种矿物之中也许是可行的。
　　奥克罗反应堆还向科学家们透露了这样的讯息：他们曾经认定为基本物理常数的α(阿尔法，控制着诸如光速这样的宇宙参数)，可能曾发生过改变。过去30年来，发生在20亿年前的奥克罗现象一直被用来驳斥α曾经发生过改变的观点。但是 2005年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的史蒂文·K·拉蒙诺(Steven K. Lamoreaux)和贾斯廷·R·托格森(Justin R. Torgerson)却根据奥克罗现象推断，这一“常数”确实发生了明显改变(而且十分奇怪的是，他们得出的常数改变方向与最近其他人得出的结论相反)。对于拉蒙诺和托格森的计算来说，奥克罗运转过程的一些细节十分关键，从这个角度上来讲，我和我的同事们所做的工作，也许有助于阐明这个复杂的问题。
　　加蓬的这些远古反应堆是地球曾经出现过的唯一天然反应堆吗？20亿年前，自持裂变所需的条件并不十分罕见，有朝一日，我们或许能够发现其他的天然反应堆。我想，一丝泄露天机的氙气，将给这项搜寻工作带来极大的帮助。
史前文明或外星人建的。
以前有狂科推想是外星人干的.
大自然就是上帝，它无所不能，这些都是大自然的杰作，可以说是某种巧合使然，如果没有这种巧合，该爆炸的几亿年前就爆炸了，只有这种巧合，才让我们人类有幸看见它，如果是外星高度文明的产物，又为什么那么简陋，发出的能量没有利用呢？
存在即可能，连生命体，或者说高智慧的人类都能出现，自然产生几座核反应堆有什么稀奇的？
原帖由 sudo1234 于
19:45 发表
存在即可能，连生命体，或者说高智慧的人类都能出现，自然产生几座核反应堆有什么稀奇的？
有道理啊！
4楼说得很有道理。自然界形成了众多的核反应堆，只是这个因为某个特殊的环境而运行缓慢被保留了下来，不能维持的就是一般的铀矿了，反应强烈的早就爆炸消耗殆尽了。所以我们只看到了这个被保留下来的遗迹了。
其实自然界的核反应有稳定的，也有不稳定的，还有反应不了的。裂变的少见，聚变的到处都是。
太阳，还有众多的恒星，在引力作用下很稳定地发生着核聚变。这点很值得人类研究。
超新星，不稳定的聚变，发生了爆炸。其实这种星并不见得比稳定的少，但是它们都爆炸了，没留下来，我们就很少能见到了。
似乎核聚变并不一定需要氘和氚，氢就行。自然的能源是用之不尽的，只是人类还没有掌握，只能使用落后的能源技术。
哈哈，不要怀疑是人类核试验的产物。
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是不是天然巧合，这个说不清楚。
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把许多目前还解释不了的东东推给外星人或史前文明是一个好办法。老祖宗早就说过画鬼比画人容易，因为大家都没见过鬼。
只要看到“史前”两个字的文章，从来不信
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