道法自然？天然核反应堆或启发人类安全处理核废料【江南app体育官网登录】

大大自然的鬼斧神工在地球上塑造出诸多大自然奇景的同时，也经常留给一些深奥的科学道理可供人类逐一找到和密码。坐落于非洲加蓬共和国奥克罗（Oklo）铀矿区的天然核反应堆就是其中这样一个例子。随着研究的不断深入，科学家找到这个铀矿区最少不存在过16个天然核反应堆，它们除了向人类展示无控制棒自我调节反应堆功率等与现代轻水反应堆核电站截然不同的特点外，堪称给人类获取了一个研究自然环境下危险性核废物迁入、滞纳机理的绝佳机会。

近期的找到也许给人类安全性处置核废物带给诸多有益的救赎。1.找到经过奥克罗(Oklo) 铀矿坐落于非洲加蓬共和国弗朗斯维尔市附近，法国于1968年找到这个矿区并借此取得其核计划所需的铀。1972年6月，在法国皮埃拉特的一家分离出来稀释U-235的气体蔓延工厂里，工作人员鲍齐奎斯在对一罐六氟化铀展开常规分析时，找到其中铀-235的含量只有0.7171%，而不是理应的0.7202%大自然含量，这罐六氟化铀是由来自奥克罗矿区的铀矿石加工而出。接着又测得好几批来自该矿区的铀原料都有这种偏高的结果，这种出现异常引发了科学家的注目。

经过实地调查，虽然它是一个不含铀量很高的高品位铀矿，但是铀的同位素组分与别处迥然不同，铀-235所占到比例在整个矿区内都有有所不同程度的减少，铀-235组分的平均值大约为0.62%，而已测出的铀-235组分的最低值只有0.296%。这一找到使科学家们猜测到，奥克罗铀矿区有可能再次发生过链式核裂变反应。接下来的研究指出，铀矿石中的钕和钐金属量与自然界中的差异相当大，这正是铀-235再次发生链式核裂变反应的证据，由此证实了科学家们的庞加莱。

上述找到是在1972年9月25日通过两条通讯途径通报法国科学院的。当时物理上原始的反应地区还未定。事实上，已铁矿的铀矿暂未复工，而已铁矿出来的矿石转变成铀盐而转入工业生产。

1975年6月, 不应加蓬政府的拒绝, 国际原子能机构的组织了专门的学术讨论会. 现场勘测证实了鲍齐奎斯的找到, 还测知了某些 天然反应堆 的遗迹及其附近矿石中不存在的铀-235核裂变产物( 如镧、铈、镨、钕、钐、钆、钚、钇、锆、钌、铑、钯、镓、铌、银、钼、碘、氪、氙等元素)。依据勘测资料, 专家们推断： 距今大约20亿年前在奥克罗矿区曾有16座 天然反应堆断断续续地运营了大约50～200万年, 牵涉到到500～800吨天然铀, 消耗铀-235大约6吨, 获释了余36 兆焦耳的能量。2.运营原理早在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)就认为，一些铀矿矿脉有可能曾多次构成过天然的核裂变反应堆，这个观点迅速之后流行起来。其后旋即，美国阿肯色大学的一位美籍日裔化学家黑田和夫(Paul.K.Kuroda)计算出来出有了铀矿自发性产生谦和核裂变反应(self-sustained fission)的条件。

所谓谦和核裂变反应，即可以自发性维持下去的核裂变反应，就是指一个无意间闯进的中子开始的：它不会引诱一个铀-235原子核再次发生分化，核裂变产生更好的中子，又不会引起其他原子核之后分化，如此展开下去，构成连锁反应。黑田和夫指出，谦和核裂变反应需要再次发生的第一个条件是，铀矿矿脉的大小必需多达所致核裂变的中子在矿石中穿越的平均值距离，也就是0.67米左右。这个条件可以确保，核裂变的原子核获释的中子在逃出矿脉之前，就能被其他铀原子核吸取。第二个必要条件是，铀-235必需充足非常丰富（超过临界质量）。

今天，即使是储量仅次于、浓度最低的铀矿矿脉也无法沦为一座核反应堆，因为铀-235的浓度过较低，甚至连1%都将近。不过这种同位素具备放射性，它的裂变速率比铀-238慢约6倍，因此在久远的过去，这种更容易裂变的同位素所占到的比例认同低得多。

根据推算出，20亿年前奥克罗铀矿脉构成的时候，铀-235所占到的比例相似4%，与现在大多数核电站中用于的、人工制备的浓缩铀燃料的浓度大体非常。第三个最重要因素是，必需不存在某种中子慢化剂(moderator)，减缓铀原子核裂变时获释的中子的运动速度，从而使这些中子在引诱铀原子核分化时，更为得心应手。

最后，矿脉中无法经常出现大量的硼、锂或其他毒素，这些元素不会吸取中子，因此可以令其任何核裂变反应戛然而止。经勘探，奥克罗铀矿床构成于未变质的元古界弗朗斯维尔系由( 20亿年前)下部的黑色砂岩中。矿化赋存于海陆交界处的河流三角洲看中，呈似层状，薄6-10米，长约900米，长大约600米,矿石品位平均值为0.4%，金属储量15000吨。露天开采,年产金属铀1000吨。

矿石中含有有机质及黄铁矿在水解-还原成界面，有赤铁矿斑点处，矿石品位低，UO2平均20-60%。天然反应堆找到于矿层中粘土化发育处。在300余米距离内,已找到反应堆16个。

反应堆的地质特征是铀品位特富(不含铀25～50%),周围全部是不不含石英的泥质岩石。这些泥岩呈圆形绿色或黑色，不知沉积结构。

反应堆总是经常出现在含矿的砂、砾岩层增厚之处。泥质岩石和矿堆的总厚度在0.2-3米之间，长度平均15-20米。由此可见，20亿年前的奥克罗铀矿床几乎符合黑田和夫叙述的铀矿自发性产生谦和核裂变反应的所有条件。

奥克罗铀矿地质构造闻右图。正如现在广泛使用的轻水反应堆核电站用轻水做到慢化剂一样，在奥克罗铀矿床，地下水是天然的慢化剂，使铀-235核裂变时产生的快中子慢化，从而使链式反应持续，构成了天然的反应堆；它释放出的热量冷却了地下水，使其凝结汽化，于是链式反应暂停，热量散佚，地下水又东流了过来，核裂变反应又新的开始。如此重复展开，使铀-235大量消耗，至无法保持链式反应为止。

水的大大流向和凝结汽化，起着了现代反应堆控制棒的起到。3.对人类处置核废物的灵感奥克罗核反应堆有如今天的间歇泉，具有天然构成的自我调节机制。

它们在核废料处理和基础物理研究方面，给科学家们获取了全新的思路。美国科学家乔治˙A˙考恩于1976年7月在《科学美国人》期刊上公开发表了一篇《天然核裂变反应堆》的文章，文中他介绍了当时的科学家对这些远古核反应堆运营原理的猜测，认为天然核裂变反应堆需要储存那些一度被指出认同不会对环境导致污染的核废料。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，都被获释到大气之中。对天然核裂变反应堆的研究指出，磷酸铝矿物享有一种独一无二的能力，需要俘虏和储存这些气体废料约几十亿年之幸，把这些废气报废在这种矿物之中或许是不切实际的。

近期，华盛顿美国海军研究实验室的Evan Groopman和他的同事们从奥克罗的天然反应堆中检测了核废料样本，目的是弄清楚那些古老的核反应留给的放射性元素是如何迁入的。核裂变最危险性的副产品之一是放射性铯，如果它转入土壤或水中，就不会引发相当严重的身体健康问题。Groopman说道，铯挥发性尤其强劲，如果储存核废料的容器裂痕，铯不会立刻溶解。研究人员找到，铯并没从古老的核反应堆中外泄出来。

忽略，它受困在另一种元素钌的分子结构中。Groopman说道，这意味著钌元素有可能有助掌控核废料。核设施产生的危险性放射性废物令其公众谈核色变，或许上也沦为了妨碍核电发展的主要因素。

人类目前运营的核电站，对产生的放射性废气碳-14、氪、氙等一般使用必要废气到环境中的方法；对废液中的铯等放射性核素则设置了简单的工艺系统展开拦阻；对危险性放射性废物的处置堪称所求手段而无法自福。相比之下，天然核反应堆以它独有的多元文化方式将这些危险性放射性废物容许在一定区域内宽约二十亿年不再次发生迁入，这显然有一点我们深入研究。

参照来源：天然核反应堆新发现或有助人类处置核废料https://mbd.baidu.com/webpage?type=useraction=dynamiccontext=%7B%22feed_id%22%3A%224628025135743769413%22%2C%22ugc%22%3A1%7D非洲20亿年前天然核反应堆揭露https://ld.sogou.com/article?aid=3001329170#__NO_LINK_PROXY__鲁超.理性边界.【元素家族-连载中234】史前文明未解之谜奥克罗核反应堆.https://mp.weixin.qq.com/s/Hft4mL18tJ_ya_oxKyc7og李盈安.天然反应堆与核燃料. 华东地质学院学报，1994钱云龙.奥克洛现象二十亿年前一座天然反应堆的考古记.大自然杂志，1卷5期，P315-317烨苓摘译.天然核裂变反应堆奥克洛现象.。

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