20億年前地球自帶核反應堆？

加蓬礦井1972年驚現(xiàn)真相

【Ecoticias網(wǎng)2月22日報道】

1972年，技術人員在檢測鈾燃料時，發(fā)現(xiàn)了一件自然界的怪事。一批來自加蓬奧克洛地區(qū)礦區(qū)的原料中，一種關鍵鈾同位素的含量遠低于預期，就像其中一部分已經(jīng)在核反應堆里“燃燒”過一樣。

這一微小的偏差，開啟了一段科學探索之旅。后續(xù)研究表明，該礦石帶有自持式核反應的化學印記：約20億年前，地下深處曾發(fā)生過持續(xù)的核反應，那時的地球還處于極早期的地質(zhì)階段。

違背規(guī)則的奇特鈾樣本

奧克洛的鈾礦石最初只是法國核工業(yè)例行質(zhì)量檢測的一部分。法國原子能和替代能源委員會（CEA）的物理學家會比對不同礦區(qū)鈾同位素的比例，確保沒有成分異常，完全符合自然界的正常配比。

天然鈾主要由鈾-238構(gòu)成，只含有少量鈾-235——正是這種同位素能在反應堆中維持鏈式反應。在地球上幾乎任何地方，甚至隕石里，鈾-235的比例都穩(wěn)定在0.72%左右，長期保持高度恒定。

但在奧克洛樣品中，這一比例明顯偏低。從絕對值看差異不大，但相對于鈾同位素一貫的穩(wěn)定性而言卻極為顯著，這絕不可能是實驗室誤差?？茖W家最初懷疑有人秘密轉(zhuǎn)移了裂變材料，但通過細致排查排除了一切人為篡改的可能。

要理解這件事為何如此震撼，我們要先知道什么是同位素。同位素是同一種元素的不同形態(tài)，雖化學性質(zhì)相同，但質(zhì)量略有差異；它們在自然界的比例相當于一種“全球特征標識”，通常不會自行改變。

天然核反應堆的運行原理

人們一提到“反應堆”，通常會想到混凝土穹頂、控制室和嚴格的安全檢查。從本質(zhì)上講，反應堆只是一個聚集了足夠鈾-235的場所，一次裂變會觸發(fā)下一次裂變，形成可控鏈式反應并釋放熱量。

天然核反應堆與其原理相同，只是沒有人類設計，也沒有金屬燃料棒。它只是一片鈾礦富集的巖層，周圍環(huán)境恰好充當了核電站的整套設備，讓鏈式反應得以啟動，并以穩(wěn)定節(jié)奏持續(xù)進行，而不是發(fā)生爆炸。

巖石與地下水如何形成核反應

數(shù)十億年前，地球上鈾同位素的比例與今天不同。鈾-235的衰變速度比鈾-238更快，因此在地球更年輕時，鈾-235在天然鈾中的占比遠高于現(xiàn)在，這讓礦床更容易達到發(fā)生裂變所需的臨界濃度。

在奧克洛礦床，富鈾巖層以合適的形態(tài)和儲量達到了這一臨界點。地下水滲入巖石，充當了慢化劑，使裂變釋放的中子減速，從而觸發(fā)更多反應，而不是直接逃逸。簡單來說，礦體、水和巖石結(jié)構(gòu)同時扮演了燃料、冷卻劑和控制系統(tǒng)的角色。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這里的反應并非像炸彈那樣爆發(fā)，而是更像一座極低功率的工業(yè)反應堆，以漫長周期反復啟停：熱量將水煮沸蒸發(fā)，反應暫停；待水重新滲入后，反應再次啟動。這種啟停模式在巖石內(nèi)的裂變產(chǎn)物分布中留下了永久痕跡，科學家正是基于此，在反應堆停止運轉(zhuǎn)數(shù)十億年后，還原了當年的過程。

奧克洛為何至今仍讓科學家著迷

奧克洛是地球上唯一一處擁有直接且詳細的證據(jù)證實存在天然核反應堆的地點。其他鈾礦床或許也曾接近臨界狀態(tài)，但即便發(fā)生過類似反應，其信號也已隨時間消退，或被后續(xù)地質(zhì)運動破壞。迄今為止，奧克洛仍是自然界能形成類似人造反應堆條件的唯一典型案例。

這一遺址之所以備受關注，是因為它將核物理與地球歷史緊密相連。通過分析放射性元素及其衰變產(chǎn)物數(shù)億年來在巖石中的留存情況，科學家可以研究核材料在地下的遷移規(guī)律，這對人類核廢料長期儲存的研究至關重要。

它還能幫助研究者了解生命剛剛誕生時，早期地球的化學環(huán)境與地下水系統(tǒng)的運作方式。

國際原子能機構(gòu)（IAEA）等國際組織已將奧克洛礦區(qū)譽為一座天然實驗室，既彰顯核能在現(xiàn)實世界中的力量，又揭示其局限性?？偠灾?，這座非洲礦場的探索之旅提醒我們：只要時間充裕且元素配比得當，那些通常與尖端科技關聯(lián)的核反應過程，有時也會在靜謐的地下悄然上演。

編譯：朱芳菲（新能源部）

審校：徐肖飛（新能源部）

編輯：朱芳菲（新能源部）