歆琳科普

1972年5月，在法國的一個鈾濃縮工廠裡，科學家們檢查了來自西非加蓬的鈾礦石，發現這些鈾礦石中鈾的同位素比例發生了變化，於是就發現了一個天然的核反應堆，這個核反應堆在大約17億年前開始反應，斷斷續續地進行了幾十萬年，平均產生了大約100千瓦的能量。為了瞭解天然核反應堆是如何產生的，首先要說一下核反應的歷史和科學。

核電站是如何利用核能發電

根據國際原子能委員會（原子能機構）的報告，目前在30多個國家有400多座核電站；儘管在2011年福島第一核電站發生了災難性的安全事故，但目前仍有近70座新核電站在建中。那麼，我們為什麼要繼續建造這些有潛在危險的核設施呢？儘管發生了切爾諾貝利和福島等災難，但總的來說，核反應發電實際上比煤炭或天然氣發電更安全、更“環保”。

核電站發電的核能是同位素鈾235 (U-235)受到中子轟擊時產生的。碰撞通常會將同位素分裂成兩部分，每一部分都包含原原子中一半的中子和質子，這個過程稱為核裂變。在反應過程中，會有少量的質量損失，這一小部分會通過質能方程轉化成能量。

在一個典型的核反應堆中，大量的U-235被集中起來，然後用中子轟擊；在U-235和中子的每一次碰撞中，都會產生兩個以上的自由中子，同時釋放出能量。只要有足夠的鈾-235，那些多餘的中子就會引起額外的連鎖反應，稱為鏈式反應！核反應的過程呈指數增長，會產生更多的能量。核電站就是利用受控的連鎖反應產生穩定的能量，將其轉化為電能。

鈾- 235怎麼來

鈾是最重的元素之一，原子量為238.03。在地殼中存在鈾的三種同位素；U-238佔了所有鈾的99.3%，U-235佔了剩下的0.7%，而U-234只佔了極小的一部分。U-238只會發生輕度的裂變反應，不能產生良好的裂變物質。然而，U-235在分裂和產生大量能量方面表現的更為突出。

當鈾礦石從地下開採出來時，鈾礦石中這三種同位素按相對比例組成。為了達到可裂變的目的，礦石中的鈾235含量必須從百分之0.7增加到百分之5左右。這個過程被稱為鈾濃縮。在典型的鈾濃縮方案中，鈾首先被轉化為氣體六氟化鈾（UF-6），氣體會按其重量分開（U-234和U-235比U-238輕）。在濃縮的過程中重鈾就會被分離出來，而剩餘的U-235濃度則用來進行核裂變。

加蓬的核反應堆

我們知道U-235的半衰期比U-238短得多，這說明在很久以前，U-235的含量應該比現在豐富得多，濃度也應該比現在高。1956年，科學家保羅·k·黑田東彥（Paul K. Kuroda）提出，在適當的條件下，大約20億年前u -235含量豐富的礦石可以支持核裂變和鏈式反應，從而形成天然的核反應堆。

關於加蓬反應堆是如何工作的，有兩種理論，但它們都假設了一個連鎖反應、停止、冷卻、再啟動的循環，持續數千年，直到可裂變物質耗盡後徹底停止。

一種理論認為，鈾被地下水覆蓋，地下水減緩了中子的速度，並提供了一個支持鏈式反應的環境。產生的能量最終把地下水加熱到沸騰，然後水蒸發掉。隨著地下水的消失，反應也就停止了。最終，水又滲回到鈾礦溶洞裡，這個反應過程又重複了一遍，直到U-238濃度太低，不足以支持進一步的反應。

第二種理論沒有被普遍地接受，它認為燃燒的反應堆釋放了某些稀土元素，比如釤、釓和鏑，它們吸收了部分中子，停止了鏈式反應，一段時間後，反應又再次進行，中子又被吸收，反應減緩停止，直到U-238的濃度不再支撐核反應。

奧克洛核反應堆的證據

那麼我們怎麼知道西非加蓬奧克洛曾經發生過核反應呢？有以下幾個原因。

• 首先，在1972年法國的初步調查中，發現該地點的U-235濃度遠遠低於通常在自然界中觀察到的濃度；事實上，來自奧克洛樣品的濃度與在廢核燃料中發現的濃度相似。

• 其次，法國人還發現了該遺址其他同位素的差異，包括釹和釕，兩者都與U-235裂變相一致。
• 第三，在2004年的一項研究中，華盛頓大學的物理學家在調查現場時發現，化石中通過核裂變產生了大量的鋯、鈰和鍶。
• 第四，美國學者還發現，奧克礦床含有迄今發現的最大濃度的由裂變產生的氙和氪。

奧克洛反應堆給我們的啟示

我們的裂變反應堆通常會產生大量有毒廢物，如何處理核廢料一直是我們頭疼的問題，但是從奧克洛反應堆中，我們發現大自然母親可以安全地處理這些核廢料。據華盛頓大學的研究人員稱，該天然反應堆將有毒廢物（Xe和kr85）安全地困在了化合物磷酸鋁中，並且達到了一種臨界狀態！這為我們往後處理核廢料提供了一種思路。

量子科學論

大自然的鬼斧神工是可以“營造”出一個核反應堆的，但這種天然核反應堆的輸出功率非常非常小，一看就不是什麼“遠古文明”的手筆

早在1956年物理學家黑田和夫就預測大自然某處可能會有“自持核裂變反應”發生，1972年法國從非洲加蓬共和國進口鈾礦用於發電，但開採出的鈾礦經過同位素分析後發現濃度只有0.717%甚至0.3%，已經低於0.72%的正常濃度了，這意味著加蓬共和國的鈾礦石在過去被“用過”，從而導致濃度降低。

物理學家們最後對加蓬共和國奧克洛鈾礦附近展開了抽樣調查，結果發現此地的鈾礦濃度和其他地區的天然鈾礦濃度相比都有所下降，但非洲小國絕無可能自行建造核反應堆，那麼濃度下降是什麼引起的呢？

答案在於地質變化引發的礦區滲水

地下水和雨水滲透進了放射性礦區，從而使得鈾礦的能量釋放得到了“天然降溫”，這種降溫又使得低強度的溫和鏈式反應得以長時間延續下去，直到用於降溫的水被全部蒸發完畢為止，所以說“遠古文明的核反應堆”這一說法並不靠譜。

可以肯定的是地球誕生46億年來類似的“天然核反應堆”在全球可能都有分佈，但它們釋放的能量並沒有被加以利用，這也是核反應堆與核電站的根本區別。

宇宙觀察記錄

現代核反應要先將鈾濃縮，那17億年前的加蓬核反應堆是如何運行的？

核反應堆都需要將鈾礦濃縮嗎？其實不一定哦，需要濃縮鈾有幾種方式，比如輕水反應堆，還有核潛艇用的高濃度濃縮鈾核反應堆，或者原子彈或者氫彈中的裂變材料，但有一種核反應堆並不需要高濃縮鈾，甚至直接用鈾礦石，它叫做：重水反應堆

重水反應堆

我們得先來了解下什麼叫做裂變，要不然無論是輕水堆還是重水堆都有點雲裡霧裡，我們常見的核燃料就是U-235，也就是92號鈾元素的235核子數的同位素，238的不容易裂變，而用鈈造價非常昂貴，沒有人會用它來發電，因此你看到核燃料第一反應是U-235肯定沒錯。

U-235的原子核有92個質子和143箇中子，在這種高核子數的原子核內部非常不穩定，不僅會通過α衰變釋放出一個α粒子（氦四原子核）成為元素釷，當然這個半衰期也有點久，大約7億年！還能通過中子的轟擊產生裂變！而且裂變的過程又會放出多箇中子，繼續轟擊其他鈾原子核，產生鏈式反應的效果。

衰變和裂變都能產生能量，但衰變能量比較低，比如U-235的α粒子衰變只釋放出4.679MeV的能量，但自發分裂則能產生202.48MeV的能量。而用來轟擊U-235鈾原子核的中子有兩種，一種是快中子，另一種是慢中子，U-235在受到慢中子轟擊時裂變效率比較高，因此需要將裂變時放出的快中子降低速度，而這個減速劑的選擇就比較重要了，我們常說的輕水反應堆和重水反應堆的含義就是減速劑不一樣！當然兩者對核燃料的濃度也有很大的區別。

重水就是氫的同位素氘和氧結合後的一氧化二氘，一般用D2O來表示，可以讓中子減速，而且經過其減速的熱中子吸收界面小，因此重水反應堆可以使用濃度極低的鈾燃料，甚至直接使用鈾礦石，當然沒有人會用如此暴力操作，畢竟更換鈾礦石也是非常麻煩的一件事。

我國採集的第一塊鈾礦石,於1954年採自廣西

而輕水反應堆則使用普通的水作為中子減速劑，當然這個普通的水可不是自來水，水質要求極高，需要經過一個處理流程，但和重水的成本相比，基本就是自來水的價格啦。但輕水的中子減速效率並不是很好（輕水慢化比70，重水慢化比2000），因此經過輕水減速後合適的熱中子比例不高，它需要濃度更高的核燃料才能持續裂變釋放能量。

似乎聽起來重水反應堆完美哈，但事實上全球輕水反應堆裝機容量超過90%以上，重水反應堆就那麼幾個！這是為什麼？因為重水反應堆可以生產鈈燃料，U-235裂變會產生中子2-3個，除了維持自持裂變外這些被重水減速後的中子可以用來轟擊U-238(無法作為核燃料)產生Pu-239(鈈-239)，平均裂變一個U-235的原子可以得到0.8個鈈原子，這效率相當可以，還可以用來生產聚變材料氚！

鈈-239可以用來幹什麼？當然是原子彈啦，還有氧化鈈還是核電池的重要來源，因此全球在運行的重水反應堆被IAEA(國際原子能機構)盯得死死的，畢竟這鈈只要幾千克就可以製造一枚原子彈，你說能不讓人緊張嘛？

為什麼加蓬鈾礦能形成自然核反應堆？

上文我們說了重水反應堆可以使用極低濃度的鈾-235礦石，因為它用了減速效率極高的重水，但加蓬鈾礦的並沒有重水，它只是有水流經過，理論上來看能構成輕水反應堆的結構！但問題來了，輕水反應堆對鈾燃料的濃度要求很高，加蓬鈾礦能滿足要求嗎？

上文我們也說了U-235的半衰期是7億年左右，因此在距今17億年時自然界鈾礦中的U-235濃度比現在要高得多，現代鈾礦石中235的濃度大約是0.72%，按7億年的半衰期，那麼在17億年前鈾礦石的的235濃度超過3%，這可是個不小的濃度！我們來模擬一下這個場景：

礦石在衰變時有一定的比例會釋放出中子，撞擊其他U235原子核會導致裂變，並釋放出2-3箇中子，形成基本的鏈式反應，但裂變產生的快中子U-235原子核無法捕獲，因此水的介入就非常有必要了，形成了最為原始的輕水反應堆，儘管它的中子減速能力很差，因此加蓬鈾礦的原始反應堆僅能保持比較低的功率，單個反應區域大約在100KW左右（加蓬鈾礦有多個天然反應堆）。

加蓬鈾礦天然反應堆結構： 1. 核反應區域 2. 砂石 3. 鈾礦層 4. 花崗岩

當然水的另一個功能將熱量帶走，其實在天然核反應堆中有沒有水帶走熱量其實無所謂，畢竟又不是拿來發電，又不是用來取暖，但水的存在是反應堆繼續運行的關鍵。據科學家估計，這個反應堆運行了50萬年之久。

星辰大海路上的種花家

上世紀七十年代，法國從非洲中部加蓬共和國的奧克洛地區開採鈾礦石，來開展核工業，巧合之下發現了一座“天然核反應堆”，於是命名為奧克洛核反應堆，根據U235的濃度來推測該反應堆從17億年前就開始運轉了，因此才造成了U235的濃度比正常濃度低一些的情況。發現這個天然核反應堆之後，一時間成為了陰謀論者的絕佳題材，這正是他們最需要的素材，於是，一系列“史前文明”題材的大盛宴開始了。比如你聽說的“史前計算機”、“史前電池”等等。

現代核反應堆是一個複雜的結構，所需要的鈾也並不是直接開採過來的鈾礦石，而是經過精選、碾碎、酸浸、濃縮等程序製成的有一定幾何形狀、一定鈾含量的鈾原料，這樣的鈾原料才可以參加反應堆的工作，並且，在核反應堆中還有冷卻劑、控制棒、慢化劑等不同組成，協調核反應的進行。

這正是題目所想要問的，題目認為核反應堆需要的條件很高，那麼17億年前的核反應堆是怎麼回事？是不是說明了有史前文明？

其實，奧克洛核反應堆並不是像我們建造的核反應堆那樣複雜，這個天然核反應堆進行裂變反應所需要的條件很簡單，只需鈾礦石與水，以及獨特的地形構造就可以了。在這個反應堆中，水充當中子的慢化劑，當鏈式反應使周圍的溫度升高時，水分被蒸發，從而降低鏈式反應速率，直至熄火。當熄火之後經過一段時間，水又開始在這裡聚集，於是鏈式反應再次開啟，就是這樣的條件，使得該反應堆的核裂變反應斷斷續續地維持了很長時間，不過，它的平均功率只有不到100千瓦。而現代的核反應堆的功率可以達到1750兆瓦。

因此，所謂的奧克洛核反應堆並沒有傳聞中描述的那樣奇特，它只是一個普通的天然核反應堆，只是因為那裡的條件比較特殊，使得鏈式反應可以斷斷續續地維持下去，那些陰謀論也就不攻自破了。事實上，網絡上流傳的那些關於史前文明存在的例子都是謠言，有的是歪曲事實，有的是刻意編造，而奧克洛核反應堆就是歪曲事實的情況。在不少陰謀論中，竟還描述這個反應堆的功率比人類造的核反應堆還要大，這相當荒謬。

科學船塢

鈾在自然界中以三種同位素的形式存在，最常見的形式是鈾-238，它佔地球上所有鈾的99%。鈾-235大約佔0.72%，還有極少量大約0.006%的鈾-234。鈾的所有三種同位素都是不穩定的，並且放射性很弱，但是隻有鈾-238和鈾-235能經歷核裂變。在這兩者之間，鈾-238更穩定，而鈾-235更容易裂變，因此是核反應堆中最常用的燃料。

這三種鈾同位素均勻分佈在地殼中，因此今天開採的任何鈾礦都含有0.72%的鈾-235。然而，這種濃度太低，無法誘發核裂變。鈾首先需要通過一個複雜的過程進行濃縮，包括離心機和氣體擴散，這樣鈾的濃度至少達到3%。典型的核反應堆需要3-5%的鈾-235，而核彈需要高達90%。 自從地球形成以來，礦石中鈾-235相對於鈾-238的比例一直在變化，因為鈾具有放射性，隨著時間的推移會衰變為其他元素。鈾-238的衰變速度(半衰期為45億年)比鈾-235(半衰期為7億年)慢得多，所以鈾-235在億萬年前的濃度比現在高得多。

因為我們知道鈾-235的半衰期，所以我們可以很容易地估計在不同的地質時期有多少半衰期。例如，7億年前鈾-235的含量是現在的兩倍(1.3%)，是140萬年前的四倍(2.3%)。隨著時間的推移，鈾-238的含量也在增加，儘管速度較慢，所以百分比不會翻倍。鈾-235的濃度在20億年前接近4%，在太陽系形成時為17%。 在20世紀50年代，科學家們假設幾百萬年前有相當多的鈾-235集中在地殼上，如果條件合適的話，其中一些鈾一定是可以自然裂變的。

1956年，日裔美國物理學家保羅·黑田東彥將這一想法與理論化條件在這種情況下核裂變可以自發發展和持續。黑田東彥建議，為了讓核裂變自然開始，該地點必須有高鈾含量，礦石的厚度必須超過裂變誘發中子移動的平均長度，大約三分之二米。還必須有一種減速劑，可以減緩鈾裂變時產生的中子。最後，絕不能有大量的中子吸收元素(如銀或硼)，這會抑制自持核反應。

十六年後，也就是1972年，加蓬髮現了這樣一個自然反應堆。當時，法國人一直在加蓬——前法國殖民地開採鈾，用於核電廠。在加蓬東南部奧克羅的一個礦中進行鈾礦石的常規測量時，法國人注意到礦石中鈾-235的含量不是0.72%，而是更低。 進一步的檢查發現礦石中含有微量的其他元素，其百分比與核電站產生的乏燃料中發現的非常相似。這些發現只表明了一件事——在遙遠的過去，奧克羅的鈾礦經歷了自發的核裂變。礦石中的鈾-235已經耗盡，因為其中一些鈾已經在裂變中耗盡。

在這一驚人的發現之後，物理學家開始在鄂木克州的鈾礦中尋找更多的證據，並最終在該地區發現了至少16個發生自發核裂變的地點。 在接下來的幾年裡，研究人員能夠弄清楚這些史前反應堆可能是如何運作的細節。大約24億年前，由於藍細菌的生物活性，地球大氣中的氧含量增加了一百倍。這使得鈾從不溶的形式轉化為可溶的氧化物。雨水和自然來源的水溶解鈾，並將其沉積在砂岩層中，直到它們變得高度濃縮，開始連鎖反應。礦井中的水在維持反應中起到了關鍵作用。水減緩了射出的中子，這樣它們就可以被其他原子核吸收並引發裂變。如果沒有水，中子會簡單地從原子上反彈回來。當核裂變產生的熱量變得太大時，它將所有的水燒開，反應停止。一旦水迴流，這個過程又開始了。這些活躍和不活躍的時期可能很短。“反應堆”可能“開啟”30分鐘，“關閉”約3小時。 加蓬反應堆以這種方式間歇運行了大約一百萬年或更久，直到鈾濃度變得太低而無法維持反應。

根據反應堆消耗的鈾-235的數量，科學家估計反應堆的平均功率輸出可能不到100千瓦。 由於非洲經濟活動的相對穩定性，這些古老的自然反應堆幾乎沒有從原來的位置移開。在一個案例中，鈈——反應的副產品之一，在離它20億年前形成的地方不到3米的地方被發現。也許幾十億年前，地球上的其他幾個地方也有天然核反應堆在運行，但後來被地殼侵蝕或吞噬了。加蓬的天然核反應堆目前仍然是相當獨特的。

軍機處留級大學士

注：資料顯示，加蓬核反應堆不是題主所稱的“17億年前”，而應該是20億年前，因此本文也以20億年前為準。

今天的地球已經45億歲了，與之相比，我們人類區區幾百萬年的時間可以說是非常短暫的。根據相關考古資料，目前可以確認的是，至少在38億年前，地球上就已經孕育出了生命，再看看我們人類只用了很短暫的時間就創造出了現在的地球文明，於是一個很迷人的邏輯推理就出現了，那就是在我們人類文明之前，地球上很可能還有其他的文明，甚至還不只一個。

如果地球上真的出現過史前文明，那麼很可能就會在地球上留下一些蛛絲馬跡，而假如我們找到了這些痕跡，就有了史前文明的確切證據，上述推理自然也就成立了。在過去的日子裡，史前文明愛好者不時地聲稱找到了上述的證據，其中最值得一提就是，在非洲發現的20億年前的加蓬核反應堆。

這一發現無疑是令人振奮的，試想一下，20億年前是絕對沒有現代人類存在的，那麼很明顯這個核反應堆就是史前文明所為了。然而遺憾的是，在經過專業的研究分析後，科學家得出的結論卻是，這個核反應堆並不能證明史前文明的存在。

這是怎麼回事呢？如果說沒有史前文明，那麼加蓬核反應堆又應該怎麼解釋？要搞清楚這個問題，我們需要先來大概瞭解一下有關核反應堆的一些知識。

以鈾為燃料的核反應類型是核裂變，簡單地講就是用當重原子核被中子轟擊以後，它會發生裂變並釋放出能量，與此同時，還會有2到3箇中子被釋放出來，如果在附近還有其他重原子核的話，這些被釋放出來的中子又會引發下一次核裂變反應，如此反覆，這個過程就是所謂的“鏈式反應”。

可以看到，要維持核反應堆正常工作的首要條件就是必須要有足夠濃度的鈾。需要指出的是，只有鈾-235才能夠參與上述反應，而在現在天然鈾礦中，鈾-235的濃度是達不到點燃核反應的標準的，因此現代核反應堆運行時，必須要將鈾-235濃縮後才可以使用。

那麼問題就來了，現代核反應要先將鈾濃縮，那20億年前的加蓬核反應堆是如何運行的？對此，科學家是這樣解釋的：天然鈾礦中的鈾-235的半衰期大約為7億年，也就是說在時間上每回溯7億年，天然鈾礦中的鈾-235濃度就會增加一倍，因此在20億年前的天然鈾礦中，鈾-235的濃度是可以達到點燃核反應的標準的。

除此之外，因為“鏈式反應”是一個指數級增長的核反應，所以如果不加控制的話，再多的鈾-235也會在短時間內灰飛煙滅。因此在現代的核反應堆裡，我們會利用特殊的技術手段來控制核反應的速度（比如說使用中子慢化劑）。

現在的問題是，經過勘測，這個加蓬核反應堆並不存在反應失控的痕跡，那麼它又是通過什麼來控制核反應的速度呢？

科學家認為，該區域的地下水充當了中子慢化劑的角色，大概過程是：當這個核反應堆啟動後，其產生的快中子會被礦石中的地下水減速成慢中子，從而使這個核反應堆可以緩慢地“燃燒”，當溫度上升到一定的程度時，這些地下水就會大量地蒸發，這會使該區域溫度大幅下降，於是核反應的規模也就隨之減小，甚至直接停止了，而在該區域下一次地下水彙集時，同樣的情況又會重演一次。

關於有沒有史前文明這個問題，目前並沒有最終的定論，但種種跡象都表明，地球上存在史前文明的可能性微乎其微，正因為如此，在遇到這個加蓬核反應堆，又或者其他的一些類似現象的時候，科學界的主流態度基本上都是比較保守的，通常都會盡量以已知的規律去做出解釋。

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魅力科學君

1942年人類建造了第一個核反應堆，大約發生在70多年前，然而在非洲加蓬竟然發現了20億年前的核反應堆，如果沒有史前文明，那就意味著這個核反應堆是在自然條件下發生的，和現在人類文明建造的核反應堆是有區別的。

目前人類的核反應堆都是核裂變反應，主要是通過特殊條件讓重元素髮生裂變，在這個過程中會有質量損失，而損失的質量就會按照愛因斯坦的質能方程轉換為能量，因此說核反應釋放的能量是非常巨大的。而鈾是在自然界中生成的最重元素，原子序數為92。如果人類要進行核反應就需要這種元素，需要在自然界採集鈾礦石。

法國之前經常在非洲加蓬共和國進口奧克洛鈾礦石，但在一次進口中發現，這些鈾礦石的含鈾量竟然不到0.3%，正常情況下鈾礦石含鈾量在0.7%以上，這幾乎減少了一半。後來科學家來到非洲加蓬考察發現，這存在著核反應堆，鈾礦成礦年代至少在20億年之前，這個核反應堆的運轉時間至少超過50萬年，輸出功率100kw左右。後來科學家在當地又發現了17座類似的核反應堆。

現代進行核反應的目的就是為了獲得能量或者製造武器，主要的原材料就是鈾，在自然界中存在三種同位素它們分別為：U234、U235、U238，其中U238丰度最高可以達到99.28%，而U235次之大約含量是0.71%，U234是最稀少的。由於這三種同位素中U235發生核反應的條件相對低一些，因此核反應堆都需要提前進行鈾濃縮，主要就是為了增加U235的丰度。

科學黑洞

呵呵，你說哪17億年前的事情，我想尊重的告訴你，哪怕就是我們中國🇨🇳的現在最高學府的人，我認為都不能準確地告訴你哪個時候，到底是什麼事情。就像我呢，確實就是一個很平凡的人，我是一個開車的人，我這樣說吧，在我們這裡的礦山上在山的石頭縫裡也就是山⛰️肚裡有琉璃瓦燒的白坭裡面真有樹葉🍂的痕跡！當我們這裡挖的時候我一直就很好奇，這山的裡面怎麼可能會有這樹葉🍂的形狀，坦白說我百思不能奇解。我跟你說的是真的。

龍的權人啊

現代核反應要先將鈾濃縮，這個鈾濃縮是人類用工業化進程中生產的設備去操作的，17億年前究競存不存在人類，存不存在工業化進程都是存在疑問的，如果你的消息來源於考古發掘，筆者認為你的消息肯定有問題。

核反應堆的運行必須有核專家或核工程師主持，也必須有涉核工業企業的鈾濃縮生產線加以實施，這條生產線需要花費大量電力，配套的輸變電工程是免不了的，筆者對17億年前的在加篷的核反應堆的存在問題表示懷疑。

關鍵字: 加蓬 核反應堆 鈾礦