歆琳科普

1972年5月，在法国的一个铀浓缩工厂里，科学家们检查了来自西非加蓬的铀矿石，发现这些铀矿石中铀的同位素比例发生了变化，于是就发现了一个天然的核反应堆，这个核反应堆在大约17亿年前开始反应，断断续续地进行了几十万年，平均产生了大约100千瓦的能量。为了了解天然核反应堆是如何产生的，首先要说一下核反应的历史和科学。

核电站是如何利用核能发电

根据国际原子能委员会（原子能机构）的报告，目前在30多个国家有400多座核电站；尽管在2011年福岛第一核电站发生了灾难性的安全事故，但目前仍有近70座新核电站在建中。那么，我们为什么要继续建造这些有潜在危险的核设施呢？尽管发生了切尔诺贝利和福岛等灾难，但总的来说，核反应发电实际上比煤炭或天然气发电更安全、更“环保”。

核电站发电的核能是同位素铀235 (U-235)受到中子轰击时产生的。碰撞通常会将同位素分裂成两部分，每一部分都包含原原子中一半的中子和质子，这个过程称为核裂变。在反应过程中，会有少量的质量损失，这一小部分会通过质能方程转化成能量。

在一个典型的核反应堆中，大量的U-235被集中起来，然后用中子轰击；在U-235和中子的每一次碰撞中，都会产生两个以上的自由中子，同时释放出能量。只要有足够的铀-235，那些多余的中子就会引起额外的连锁反应，称为链式反应！核反应的过程呈指数增长，会产生更多的能量。核电站就是利用受控的连锁反应产生稳定的能量，将其转化为电能。

铀- 235怎么来

铀是最重的元素之一，原子量为238.03。在地壳中存在铀的三种同位素；U-238占了所有铀的99.3%，U-235占了剩下的0.7%，而U-234只占了极小的一部分。U-238只会发生轻度的裂变反应，不能产生良好的裂变物质。然而，U-235在分裂和产生大量能量方面表现的更为突出。

当铀矿石从地下开采出来时，铀矿石中这三种同位素按相对比例组成。为了达到可裂变的目的，矿石中的铀235含量必须从百分之0.7增加到百分之5左右。这个过程被称为铀浓缩。在典型的铀浓缩方案中，铀首先被转化为气体六氟化铀（UF-6），气体会按其重量分开（U-234和U-235比U-238轻）。在浓缩的过程中重铀就会被分离出来，而剩余的U-235浓度则用来进行核裂变。

加蓬的核反应堆

我们知道U-235的半衰期比U-238短得多，这说明在很久以前，U-235的含量应该比现在丰富得多，浓度也应该比现在高。1956年，科学家保罗·k·黑田东彦（Paul K. Kuroda）提出，在适当的条件下，大约20亿年前u -235含量丰富的矿石可以支持核裂变和链式反应，从而形成天然的核反应堆。

关于加蓬反应堆是如何工作的，有两种理论，但它们都假设了一个连锁反应、停止、冷却、再启动的循环，持续数千年，直到可裂变物质耗尽后彻底停止。

一种理论认为，铀被地下水覆盖，地下水减缓了中子的速度，并提供了一个支持链式反应的环境。产生的能量最终把地下水加热到沸腾，然后水蒸发掉。随着地下水的消失，反应也就停止了。最终，水又渗回到铀矿溶洞里，这个反应过程又重复了一遍，直到U-238浓度太低，不足以支持进一步的反应。

第二种理论没有被普遍地接受，它认为燃烧的反应堆释放了某些稀土元素，比如钐、钆和镝，它们吸收了部分中子，停止了链式反应，一段时间后，反应又再次进行，中子又被吸收，反应减缓停止，直到U-238的浓度不再支撑核反应。

奥克洛核反应堆的证据

那么我们怎么知道西非加蓬奥克洛曾经发生过核反应呢？有以下几个原因。

• 首先，在1972年法国的初步调查中，发现该地点的U-235浓度远远低于通常在自然界中观察到的浓度；事实上，来自奥克洛样品的浓度与在废核燃料中发现的浓度相似。

• 其次，法国人还发现了该遗址其他同位素的差异，包括钕和钌，两者都与U-235裂变相一致。
• 第三，在2004年的一项研究中，华盛顿大学的物理学家在调查现场时发现，化石中通过核裂变产生了大量的锆、铈和锶。
• 第四，美国学者还发现，奥克矿床含有迄今发现的最大浓度的由裂变产生的氙和氪。

奥克洛反应堆给我们的启示

我们的裂变反应堆通常会产生大量有毒废物，如何处理核废料一直是我们头疼的问题，但是从奥克洛反应堆中，我们发现大自然母亲可以安全地处理这些核废料。据华盛顿大学的研究人员称，该天然反应堆将有毒废物（Xe和kr85）安全地困在了化合物磷酸铝中，并且达到了一种临界状态！这为我们往后处理核废料提供了一种思路。

量子科学论

大自然的鬼斧神工是可以“营造”出一个核反应堆的，但这种天然核反应堆的输出功率非常非常小，一看就不是什么“远古文明”的手笔

早在1956年物理学家黑田和夫就预测大自然某处可能会有“自持核裂变反应”发生，1972年法国从非洲加蓬共和国进口铀矿用于发电，但开采出的铀矿经过同位素分析后发现浓度只有0.717%甚至0.3%，已经低于0.72%的正常浓度了，这意味着加蓬共和国的铀矿石在过去被“用过”，从而导致浓度降低。

物理学家们最后对加蓬共和国奥克洛铀矿附近展开了抽样调查，结果发现此地的铀矿浓度和其他地区的天然铀矿浓度相比都有所下降，但非洲小国绝无可能自行建造核反应堆，那么浓度下降是什么引起的呢？

答案在于地质变化引发的矿区渗水

地下水和雨水渗透进了放射性矿区，从而使得铀矿的能量释放得到了“天然降温”，这种降温又使得低强度的温和链式反应得以长时间延续下去，直到用于降温的水被全部蒸发完毕为止，所以说“远古文明的核反应堆”这一说法并不靠谱。

可以肯定的是地球诞生46亿年来类似的“天然核反应堆”在全球可能都有分布，但它们释放的能量并没有被加以利用，这也是核反应堆与核电站的根本区别。

宇宙观察记录

现代核反应要先将铀浓缩，那17亿年前的加蓬核反应堆是如何运行的？

核反应堆都需要将铀矿浓缩吗？其实不一定哦，需要浓缩铀有几种方式，比如轻水反应堆，还有核潜艇用的高浓度浓缩铀核反应堆，或者原子弹或者氢弹中的裂变材料，但有一种核反应堆并不需要高浓缩铀，甚至直接用铀矿石，它叫做：重水反应堆

重水反应堆

我们得先来了解下什么叫做裂变，要不然无论是轻水堆还是重水堆都有点云里雾里，我们常见的核燃料就是U-235，也就是92号铀元素的235核子数的同位素，238的不容易裂变，而用钚造价非常昂贵，没有人会用它来发电，因此你看到核燃料第一反应是U-235肯定没错。

U-235的原子核有92个质子和143个中子，在这种高核子数的原子核内部非常不稳定，不仅会通过α衰变释放出一个α粒子（氦四原子核）成为元素钍，当然这个半衰期也有点久，大约7亿年！还能通过中子的轰击产生裂变！而且裂变的过程又会放出多个中子，继续轰击其他铀原子核，产生链式反应的效果。

衰变和裂变都能产生能量，但衰变能量比较低，比如U-235的α粒子衰变只释放出4.679MeV的能量，但自发分裂则能产生202.48MeV的能量。而用来轰击U-235铀原子核的中子有两种，一种是快中子，另一种是慢中子，U-235在受到慢中子轰击时裂变效率比较高，因此需要将裂变时放出的快中子降低速度，而这个减速剂的选择就比较重要了，我们常说的轻水反应堆和重水反应堆的含义就是减速剂不一样！当然两者对核燃料的浓度也有很大的区别。

重水就是氢的同位素氘和氧结合后的一氧化二氘，一般用D2O来表示，可以让中子减速，而且经过其减速的热中子吸收界面小，因此重水反应堆可以使用浓度极低的铀燃料，甚至直接使用铀矿石，当然没有人会用如此暴力操作，毕竟更换铀矿石也是非常麻烦的一件事。

我国采集的第一块铀矿石,于1954年采自广西

而轻水反应堆则使用普通的水作为中子减速剂，当然这个普通的水可不是自来水，水质要求极高，需要经过一个处理流程，但和重水的成本相比，基本就是自来水的价格啦。但轻水的中子减速效率并不是很好（轻水慢化比70，重水慢化比2000），因此经过轻水减速后合适的热中子比例不高，它需要浓度更高的核燃料才能持续裂变释放能量。

似乎听起来重水反应堆完美哈，但事实上全球轻水反应堆装机容量超过90%以上，重水反应堆就那么几个！这是为什么？因为重水反应堆可以生产钚燃料，U-235裂变会产生中子2-3个，除了维持自持裂变外这些被重水减速后的中子可以用来轰击U-238(无法作为核燃料)产生Pu-239(钚-239)，平均裂变一个U-235的原子可以得到0.8个钚原子，这效率相当可以，还可以用来生产聚变材料氚！

钚-239可以用来干什么？当然是原子弹啦，还有氧化钚还是核电池的重要来源，因此全球在运行的重水反应堆被IAEA(国际原子能机构)盯得死死的，毕竟这钚只要几千克就可以制造一枚原子弹，你说能不让人紧张嘛？

为什么加蓬铀矿能形成自然核反应堆？

上文我们说了重水反应堆可以使用极低浓度的铀-235矿石，因为它用了减速效率极高的重水，但加蓬铀矿的并没有重水，它只是有水流经过，理论上来看能构成轻水反应堆的结构！但问题来了，轻水反应堆对铀燃料的浓度要求很高，加蓬铀矿能满足要求吗？

上文我们也说了U-235的半衰期是7亿年左右，因此在距今17亿年时自然界铀矿中的U-235浓度比现在要高得多，现代铀矿石中235的浓度大约是0.72%，按7亿年的半衰期，那么在17亿年前铀矿石的的235浓度超过3%，这可是个不小的浓度！我们来模拟一下这个场景：

矿石在衰变时有一定的比例会释放出中子，撞击其他U235原子核会导致裂变，并释放出2-3个中子，形成基本的链式反应，但裂变产生的快中子U-235原子核无法捕获，因此水的介入就非常有必要了，形成了最为原始的轻水反应堆，尽管它的中子减速能力很差，因此加蓬铀矿的原始反应堆仅能保持比较低的功率，单个反应区域大约在100KW左右（加蓬铀矿有多个天然反应堆）。

加蓬铀矿天然反应堆结构： 1. 核反应区域 2. 砂石 3. 铀矿层 4. 花岗岩

当然水的另一个功能将热量带走，其实在天然核反应堆中有没有水带走热量其实无所谓，毕竟又不是拿来发电，又不是用来取暖，但水的存在是反应堆继续运行的关键。据科学家估计，这个反应堆运行了50万年之久。

星辰大海路上的种花家

上世纪七十年代，法国从非洲中部加蓬共和国的奥克洛地区开采铀矿石，来开展核工业，巧合之下发现了一座“天然核反应堆”，于是命名为奥克洛核反应堆，根据U235的浓度来推测该反应堆从17亿年前就开始运转了，因此才造成了U235的浓度比正常浓度低一些的情况。发现这个天然核反应堆之后，一时间成为了阴谋论者的绝佳题材，这正是他们最需要的素材，于是，一系列“史前文明”题材的大盛宴开始了。比如你听说的“史前计算机”、“史前电池”等等。

现代核反应堆是一个复杂的结构，所需要的铀也并不是直接开采过来的铀矿石，而是经过精选、碾碎、酸浸、浓缩等程序制成的有一定几何形状、一定铀含量的铀原料，这样的铀原料才可以参加反应堆的工作，并且，在核反应堆中还有冷却剂、控制棒、慢化剂等不同组成，协调核反应的进行。

这正是题目所想要问的，题目认为核反应堆需要的条件很高，那么17亿年前的核反应堆是怎么回事？是不是说明了有史前文明？

其实，奥克洛核反应堆并不是像我们建造的核反应堆那样复杂，这个天然核反应堆进行裂变反应所需要的条件很简单，只需铀矿石与水，以及独特的地形构造就可以了。在这个反应堆中，水充当中子的慢化剂，当链式反应使周围的温度升高时，水分被蒸发，从而降低链式反应速率，直至熄火。当熄火之后经过一段时间，水又开始在这里聚集，于是链式反应再次开启，就是这样的条件，使得该反应堆的核裂变反应断断续续地维持了很长时间，不过，它的平均功率只有不到100千瓦。而现代的核反应堆的功率可以达到1750兆瓦。

因此，所谓的奥克洛核反应堆并没有传闻中描述的那样奇特，它只是一个普通的天然核反应堆，只是因为那里的条件比较特殊，使得链式反应可以断断续续地维持下去，那些阴谋论也就不攻自破了。事实上，网络上流传的那些关于史前文明存在的例子都是谣言，有的是歪曲事实，有的是刻意编造，而奥克洛核反应堆就是歪曲事实的情况。在不少阴谋论中，竟还描述这个反应堆的功率比人类造的核反应堆还要大，这相当荒谬。

科学船坞

铀在自然界中以三种同位素的形式存在，最常见的形式是铀-238，它占地球上所有铀的99%。铀-235大约占0.72%，还有极少量大约0.006%的铀-234。铀的所有三种同位素都是不稳定的，并且放射性很弱，但是只有铀-238和铀-235能经历核裂变。在这两者之间，铀-238更稳定，而铀-235更容易裂变，因此是核反应堆中最常用的燃料。

这三种铀同位素均匀分布在地壳中，因此今天开采的任何铀矿都含有0.72%的铀-235。然而，这种浓度太低，无法诱发核裂变。铀首先需要通过一个复杂的过程进行浓缩，包括离心机和气体扩散，这样铀的浓度至少达到3%。典型的核反应堆需要3-5%的铀-235，而核弹需要高达90%。 自从地球形成以来，矿石中铀-235相对于铀-238的比例一直在变化，因为铀具有放射性，随着时间的推移会衰变为其他元素。铀-238的衰变速度(半衰期为45亿年)比铀-235(半衰期为7亿年)慢得多，所以铀-235在亿万年前的浓度比现在高得多。

因为我们知道铀-235的半衰期，所以我们可以很容易地估计在不同的地质时期有多少半衰期。例如，7亿年前铀-235的含量是现在的两倍(1.3%)，是140万年前的四倍(2.3%)。随着时间的推移，铀-238的含量也在增加，尽管速度较慢，所以百分比不会翻倍。铀-235的浓度在20亿年前接近4%，在太阳系形成时为17%。 在20世纪50年代，科学家们假设几百万年前有相当多的铀-235集中在地壳上，如果条件合适的话，其中一些铀一定是可以自然裂变的。

1956年，日裔美国物理学家保罗·黑田东彦将这一想法与理论化条件在这种情况下核裂变可以自发发展和持续。黑田东彦建议，为了让核裂变自然开始，该地点必须有高铀含量，矿石的厚度必须超过裂变诱发中子移动的平均长度，大约三分之二米。还必须有一种减速剂，可以减缓铀裂变时产生的中子。最后，绝不能有大量的中子吸收元素(如银或硼)，这会抑制自持核反应。

十六年后，也就是1972年，加蓬发现了这样一个自然反应堆。当时，法国人一直在加蓬——前法国殖民地开采铀，用于核电厂。在加蓬东南部奥克罗的一个矿中进行铀矿石的常规测量时，法国人注意到矿石中铀-235的含量不是0.72%，而是更低。 进一步的检查发现矿石中含有微量的其他元素，其百分比与核电站产生的乏燃料中发现的非常相似。这些发现只表明了一件事——在遥远的过去，奥克罗的铀矿经历了自发的核裂变。矿石中的铀-235已经耗尽，因为其中一些铀已经在裂变中耗尽。

在这一惊人的发现之后，物理学家开始在鄂木克州的铀矿中寻找更多的证据，并最终在该地区发现了至少16个发生自发核裂变的地点。 在接下来的几年里，研究人员能够弄清楚这些史前反应堆可能是如何运作的细节。大约24亿年前，由于蓝细菌的生物活性，地球大气中的氧含量增加了一百倍。这使得铀从不溶的形式转化为可溶的氧化物。雨水和自然来源的水溶解铀，并将其沉积在砂岩层中，直到它们变得高度浓缩，开始连锁反应。矿井中的水在维持反应中起到了关键作用。水减缓了射出的中子，这样它们就可以被其他原子核吸收并引发裂变。如果没有水，中子会简单地从原子上反弹回来。当核裂变产生的热量变得太大时，它将所有的水烧开，反应停止。一旦水回流，这个过程又开始了。这些活跃和不活跃的时期可能很短。“反应堆”可能“开启”30分钟，“关闭”约3小时。 加蓬反应堆以这种方式间歇运行了大约一百万年或更久，直到铀浓度变得太低而无法维持反应。

根据反应堆消耗的铀-235的数量，科学家估计反应堆的平均功率输出可能不到100千瓦。 由于非洲经济活动的相对稳定性，这些古老的自然反应堆几乎没有从原来的位置移开。在一个案例中，钚——反应的副产品之一，在离它20亿年前形成的地方不到3米的地方被发现。也许几十亿年前，地球上的其他几个地方也有天然核反应堆在运行，但后来被地壳侵蚀或吞噬了。加蓬的天然核反应堆目前仍然是相当独特的。

军机处留级大学士

注：资料显示，加蓬核反应堆不是题主所称的“17亿年前”，而应该是20亿年前，因此本文也以20亿年前为准。

今天的地球已经45亿岁了，与之相比，我们人类区区几百万年的时间可以说是非常短暂的。根据相关考古资料，目前可以确认的是，至少在38亿年前，地球上就已经孕育出了生命，再看看我们人类只用了很短暂的时间就创造出了现在的地球文明，于是一个很迷人的逻辑推理就出现了，那就是在我们人类文明之前，地球上很可能还有其他的文明，甚至还不只一个。

如果地球上真的出现过史前文明，那么很可能就会在地球上留下一些蛛丝马迹，而假如我们找到了这些痕迹，就有了史前文明的确切证据，上述推理自然也就成立了。在过去的日子里，史前文明爱好者不时地声称找到了上述的证据，其中最值得一提就是，在非洲发现的20亿年前的加蓬核反应堆。

这一发现无疑是令人振奋的，试想一下，20亿年前是绝对没有现代人类存在的，那么很明显这个核反应堆就是史前文明所为了。然而遗憾的是，在经过专业的研究分析后，科学家得出的结论却是，这个核反应堆并不能证明史前文明的存在。

这是怎么回事呢？如果说没有史前文明，那么加蓬核反应堆又应该怎么解释？要搞清楚这个问题，我们需要先来大概了解一下有关核反应堆的一些知识。

以铀为燃料的核反应类型是核裂变，简单地讲就是用当重原子核被中子轰击以后，它会发生裂变并释放出能量，与此同时，还会有2到3个中子被释放出来，如果在附近还有其他重原子核的话，这些被释放出来的中子又会引发下一次核裂变反应，如此反复，这个过程就是所谓的“链式反应”。

可以看到，要维持核反应堆正常工作的首要条件就是必须要有足够浓度的铀。需要指出的是，只有铀-235才能够参与上述反应，而在现在天然铀矿中，铀-235的浓度是达不到点燃核反应的标准的，因此现代核反应堆运行时，必须要将铀-235浓缩后才可以使用。

那么问题就来了，现代核反应要先将铀浓缩，那20亿年前的加蓬核反应堆是如何运行的？对此，科学家是这样解释的：天然铀矿中的铀-235的半衰期大约为7亿年，也就是说在时间上每回溯7亿年，天然铀矿中的铀-235浓度就会增加一倍，因此在20亿年前的天然铀矿中，铀-235的浓度是可以达到点燃核反应的标准的。

除此之外，因为“链式反应”是一个指数级增长的核反应，所以如果不加控制的话，再多的铀-235也会在短时间内灰飞烟灭。因此在现代的核反应堆里，我们会利用特殊的技术手段来控制核反应的速度（比如说使用中子慢化剂）。

现在的问题是，经过勘测，这个加蓬核反应堆并不存在反应失控的痕迹，那么它又是通过什么来控制核反应的速度呢？

科学家认为，该区域的地下水充当了中子慢化剂的角色，大概过程是：当这个核反应堆启动后，其产生的快中子会被矿石中的地下水减速成慢中子，从而使这个核反应堆可以缓慢地“燃烧”，当温度上升到一定的程度时，这些地下水就会大量地蒸发，这会使该区域温度大幅下降，于是核反应的规模也就随之减小，甚至直接停止了，而在该区域下一次地下水汇集时，同样的情况又会重演一次。

关于有没有史前文明这个问题，目前并没有最终的定论，但种种迹象都表明，地球上存在史前文明的可能性微乎其微，正因为如此，在遇到这个加蓬核反应堆，又或者其他的一些类似现象的时候，科学界的主流态度基本上都是比较保守的，通常都会尽量以已知的规律去做出解释。

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魅力科学君

1942年人类建造了第一个核反应堆，大约发生在70多年前，然而在非洲加蓬竟然发现了20亿年前的核反应堆，如果没有史前文明，那就意味着这个核反应堆是在自然条件下发生的，和现在人类文明建造的核反应堆是有区别的。

目前人类的核反应堆都是核裂变反应，主要是通过特殊条件让重元素发生裂变，在这个过程中会有质量损失，而损失的质量就会按照爱因斯坦的质能方程转换为能量，因此说核反应释放的能量是非常巨大的。而铀是在自然界中生成的最重元素，原子序数为92。如果人类要进行核反应就需要这种元素，需要在自然界采集铀矿石。

法国之前经常在非洲加蓬共和国进口奥克洛铀矿石，但在一次进口中发现，这些铀矿石的含铀量竟然不到0.3%，正常情况下铀矿石含铀量在0.7%以上，这几乎减少了一半。后来科学家来到非洲加蓬考察发现，这存在着核反应堆，铀矿成矿年代至少在20亿年之前，这个核反应堆的运转时间至少超过50万年，输出功率100kw左右。后来科学家在当地又发现了17座类似的核反应堆。

现代进行核反应的目的就是为了获得能量或者制造武器，主要的原材料就是铀，在自然界中存在三种同位素它们分别为：U234、U235、U238，其中U238丰度最高可以达到99.28%，而U235次之大约含量是0.71%，U234是最稀少的。由于这三种同位素中U235发生核反应的条件相对低一些，因此核反应堆都需要提前进行铀浓缩，主要就是为了增加U235的丰度。

科学黑洞

呵呵，你说哪17亿年前的事情，我想尊重的告诉你，哪怕就是我们中国🇨🇳的现在最高学府的人，我认为都不能准确地告诉你哪个时候，到底是什么事情。就像我呢，确实就是一个很平凡的人，我是一个开车的人，我这样说吧，在我们这里的矿山上在山的石头缝里也就是山⛰️肚里有琉璃瓦烧的白坭里面真有树叶🍂的痕迹！当我们这里挖的时候我一直就很好奇，这山的里面怎么可能会有这树叶🍂的形状，坦白说我百思不能奇解。我跟你说的是真的。

龙的权人啊

现代核反应要先将铀浓缩，这个铀浓缩是人类用工业化进程中生产的设备去操作的，17亿年前究竞存不存在人类，存不存在工业化进程都是存在疑问的，如果你的消息来源于考古发掘，笔者认为你的消息肯定有问题。

核反应堆的运行必须有核专家或核工程师主持，也必须有涉核工业企业的铀浓缩生产线加以实施，这条生产线需要花费大量电力，配套的输变电工程是免不了的，笔者对17亿年前的在加篷的核反应堆的存在问题表示怀疑。

關鍵字: 核反应堆 科学 铀矿