核反應堆是人類發現的20億年前的核反應堆,要知道那個時候人類根本還沒有出現,奧克洛核反應堆就已經存在了,而且斷斷續續反應了幾十萬年的時間,直到上個世紀70年代才被科學家們發現,這個20億年前的奧克洛核反應堆是不是真的呢?為什麼沒有發生爆炸呢?
非洲中部加彭共和國的奧克洛由法國物理學家弗朗西斯·佩蘭發現天然核反應堆,指在鈾礦層中發現的鈾的同位素能夠在過去自然發生自持核連鎖反應的一種現象。1956年日裔美籍物理學家黑田和夫預言了在某種條件下存在天然核反應堆的可能性。發現的天然核反應堆的自然條件與預言非常相似。奧克洛是目前世界上唯一確認的曾經自然發生自持的核連鎖反應的地方,共有16處。從大約20億年以前開始反應,斷斷續續反應了幾十萬年,在此期間平均輸出功率為100千瓦輸出為3000萬伏特。
1972年6月,奧克洛的鈾礦石運到了法國的一家工廠,法國科學家對這些鈾礦石進行了嚴格的科學測定,發現這些鈾礦石中能直接作為核燃料的鈾235的含量偏低,甚至低到不足0.3%。而其他任何鈾礦中鈾235的含量理應是0.73%。事實上這種奇特的現象早在二十年前已被科學家們預言。經過再三深入探討和研究,科學家們十分驚奇地發現:這些鈾礦石早已被燃燒過,早已被人用過。這一重大發現立即轟動了科技界。
為了徹底查明事實真相,歐美一些國家的許多科學家紛紛前往奧克洛鈾礦區,深入進行考察和研究。經過長時間的共同努力探索,斷定在奧克洛有一個很古老的原子反應堆,又叫核反應堆。這個原子反應堆由6個區域的大約500噸鈾礦石組成,它的輸出功率只有100千瓦左右。據科學家們考證,該礦成礦年代大約在20億年前,原子反應堆在成礦後不久就開始運轉,運轉時間長達50萬年之久。
面對這個20億年前的設計科學、結構合理、保存完整的原子反應堆,科學家們開心不已,因為早在二十年前加州大學的喬治·維色裡爾和芝加哥大學的馬可·英格蘭姆就指出20億年前的鈾礦石可能產生天然鏈式反應。在1956年,美國阿肯薩斯大學的日裔核化學家黑田和夫更歸納出了天然核反應堆成立所需要的條件,這些條件,在奧克勞鈾礦的數十個礦床中,有十幾個恰好都符合。經過多年探索,科學界終於認定,奧克洛鈾礦的鈾235,是鏈式反應中生成的「礦渣」,是核反應堆曾經存在的證據,這表明奧克洛鈾礦區的核反應堆,在20億年前已經點火工作。在20億年前,奧克洛鈾礦中鈾235含量比現在高很多,由於某種原因,可能是自然條件得天獨厚,此地形成了核反應堆。反應堆的燃燒使鈾235的鏈式反應得以緩慢進行,並且在數十億年演化過程中,斷斷續續地釋放原子能,其方式和間歇泉噴水相似。要知道,要發生核裂變鏈式反應,先要有大量高濃度鈾235,而天然鈾礦中只含有極少比例的鈾235;即使鈾235足夠多,要想使核反應不成為核爆炸,還必須使用中子慢化劑如重水等;即使上述兩個條件滿足了,也並不等於真能發生持續的核反應,還必須使鈾與慢化劑之間有某種比例的配置。
在人類建造的核電站中,通常都是核裂變反應堆。在這種反應堆中,必須用高純度濃縮鈾或鈽為燃料;必須用石墨、重水等慢化劑來獲得慢中子;反應堆中必須加裝控制棒,使鏈式反應受人控制,以緩慢釋放原子能。如此苛刻的條件,在奧克洛鈾礦的「核反應堆」中,是如何實現的呢?至今在科學界仍然存在很多爭論。最自然的論點是,奧克洛鈾礦純粹是大自然的手筆。20億年前,種種機緣的巧合,使奧克洛礦區的鈾235含量比現在高得多。於是大自然就地取材,利用普通水作「慢化劑和控制閥」,使鏈式反應在人類難以想像的環境中,簡潔而神奇地發生。美國科學家亞歷山大·梅希克認為,鈾235產生的快中子經過礦石中地下水慢化和控制後,變成了慢中子,使鏈式反應能以緩慢方式發生。更令人稱奇的是,鈾235發生的每一次鏈式反應,都可能持續數千年。因為當核反應堆的溫度太高時,將有更多的水蒸發掉,於是鏈式反應速度減慢、規模變小,使核反應堆溫度降低甚至熄火。在這以後的漫長歲月中,地下水會重新匯聚,使慢中子增多,鏈式反應加速,核反應堆溫度升高,以實現重新點火啟動。所以,有科學家相信,20億年來,整個鏈式反應過程像間歇噴泉一樣重複發生。顯然,地下水是核反應的觸發和控制開關,是關鍵所在。也就是說,奧克洛核反應堆,之所以沒像原子彈那樣爆炸,「功勞」全在於地下水的神奇控制,使之在持續幾千年的鏈式反應中,一直緩慢釋放著原子能。