20亿年前的核反应堆，人类无法复制的绿色核电厂

法国物理学家弗朗西斯佩兰坐在桌子前面，瞪大了眼睛，看着办公桌上一块黑乎乎的矿石，他的嘴里就反反复复重复着这么一句话。

“这不太可能，这绝不可能。”

他是法国原子能委员会的高级专员，他这个时候正在法国南部的一个核燃料加工厂里，是因为工厂发现一批进口的铀矿石有蹊跷。

这批铀矿石是从加蓬共和国进口的，这个国家在非洲有着丰富的天然铀矿资源。检测结果显示，桌子上的这1块铀矿石里，铀二三五的含量只占了铀含量的0.717%。而地球上正常的铀矿石里铀235这种元素的含量是占铀含量的0.72%，也就是说这块矿石里的铀235比正常数值少了0.003%，十万分之三，这就是让佩兰崩溃的原因，那么少掉的那么一点点，铀235元素它为什么那么重要呢？

那是因为铀这种元素家族包含了十几种同位素，从铀226到铀242，但是铀矿里面含量最多的是铀238和铀235，分别占到了92.275%和0.72%。这其中铀二三五是可以产生核裂变反应的化学元素，换句话说，它是核反应堆里真正用的核材料。

人们发现，如果用中子去撞击铀235原子的时候，就会引起核连锁反应，这种反应释放的能量比化学反应要高出几百万倍。1克铀二三五充分核裂变后，所释放出来的能量等同于2吨高品质煤燃烧所释放出的能量。这样用核能发电的效率就完全秒杀了煤电等等一切传统发电方式，而参与裂变反应的铀235反应完了以后，它就变成了别的元素，这也就是佩兰教授桌上那块矿石少掉的十万分之三。

铀235的1种可能去处，它发生裂变了，这部分少于正常数值的铀元素，难道真是在自然界中裂变的后果吗？这怎么可能呢？于是，专家们马上动身，拎上行李包，组团去矿石的原产地加篷共和国的奥克洛地区调查，这次调查的结果堪称是一枚核弹。

调查小组发现，整个矿床算是一个大反应堆，又隐藏了17组核裂变反应堆，而且反应堆的年龄最古老已经有将近20亿岁了，它是连续运转了50至150万年才停止工作的。

调查小组在奥克洛一待就是两个月，惊奇，可谓是一个接着一个，以调查开始之前18个月采集的矿石总量为基准，所能提取出来的铀235比正常矿石的提取量少了整整200公斤，还有一些矿石里的铀235含量极低，只有区区的0.44%，也就是只有正常矿石的61%。

关键是专家们在矿床上发现钕和钐这两种元素，他们是铀235裂变之后的产物。在扣除了自然界漫长岁月当中，铀235天然衰变以后产生的钕和钐，那么残留的量在矿床上面，它和人工铀裂变反应以后的量非常近似。

这个计算结果看起来就是奥克洛铀矿是一个大型核反应堆的直接证据。于是佩兰就忙不迭的向全世界宣布，发现了第一个自然产生的核反应堆。

这一下世界都不淡定了，许多其他国家的科学家都立马要求我们也要去调查。不过，法国科学家婉拒了同行们的热情，只和世界分享他们的成果。

老美的科学家保罗黑田一夫听说这一情况后很兴奋，毕竟他早在1956年就提出过假说。他说，“如果条件合适，古老的铀矿是有可能产生自然的核反应堆的”，这也是法国物理学家佩兰的依据，似乎找到了符合黑田一夫假设的实证了，但是黑田一夫仔细一看佩兰的报告，心里不禁就画了大大的问号，这个反应堆经历了如此久远的岁月，居然没有自毁，那它是怎么做到的呢？

一般来说，人工核反应堆的基本原理就是把核裂变产生的热量转化成水蒸气，再用来推动蒸汽轮机发电，其中最重要的部件是燃料棒、慢化剂、冷却剂、控制棒，安全壳、抗压管道系统以及蒸汽生成设备。

它必须得有这么一整套有严密设计和工艺保障的设备系统，得是一个体系，反应堆才能够正常工作的。

我们接下来就一步一步的看一看，这个让人惊掉下巴的奥克洛自然反应堆，它是怎么运作的。

先来讲讲核裂变的链式反应，反应开始是靠中子去撞击铀235原子，铀235原子被这么一撞，它就发生了裂变反应，释放出两个或者更多的中子，同时释放出伽马射线也就是能量，然后释放出去的这些中子，再去撞别的铀235原子，挨撞的铀原子再裂变，再释放出更多的中子和能量。产生的能量越来越大，这就叫链式反应。

但是要想让这个反应成功，就有两个关键因素了，第一重要的就是铀235这个核燃料它的浓度得够高。其次就是这个中子的速度得合适，主要是不能太快，它对应到核反应堆的部件就是靠燃料棒和慢化剂这两样东西来实现的。

我们就来看看这个奥克洛自然反应堆它是怎么解决这两个问题的。先从反应的第一个要素燃料棒开讲，核电厂的原料，它就是能够裂变的铀235，现代核电厂用的这种燃料棒，它里面装着浓缩铀，铀235的浓度能够达到3.5%至5%，这都是人工浓缩出来的。这也是为什么美国制裁伊朗和朝鲜，把眼光聚焦在浓缩铀工厂的原因。

它是为核工业提供原料的部门了，就相当于为制造坦克提供钢材的炼钢厂。你卡住了它，就卡住了一国核工业的脖子。但是在奥克洛反应堆工作的时代，哪来的这么高浓度的铀呢？难道说铀235原子在存在于矿石的状态下就这么撞来撞去，开始裂变反应了吗？

这太暴击人们的头脑了，以黑田一夫为代表的科学家提出的假设是，在当时自然界的铀235浓度正好就是3.6%至4%。这个铀235的浓度是和时间有关系的，就是地球处于不同阶段，岩石当中所含有的铀235浓度它是不一样的。

这就要说到放射性同位素的半衰期了，就是一半的同位素，发生自然衰变变成其他元素所需要的时间。比如铀二三五的半衰期大概是七点一亿年，而现在铀矿石里的铀二三五含量是0.72%。那我们反推回去在17到20亿年前，铀235的含量就是3.6%至4%，就是刚刚会发生自然反应的那个浓度。

所以奥克洛反应堆的启动，它是恰巧碰上了这么一个时间点。再来说说第二个要素，慢化剂在核电厂里它起什么作用呢？前面提到核裂变反应会释放出中子，但是中子它是一种运动速度特别快的粒子，一释放出来，如果不给它减速，它一下就跑没影了，也就不可能催生链式反应了，中子都跑没影了，它不去撞原子，当然也就不会发生裂变反应了。所以核电厂里的一项重要工作就是得给中子人工减速，发挥这个作用的东西就叫慢化剂，因此它又叫做中子慢化剂。

中子慢化剂有好几种，通常使用的慢化剂就是水，但还有重水和石墨。所以为了区分，用水做慢化剂的核反应堆就叫轻水核反应堆，重水它的分子质量比普通的水分子要高一些。

这个奥克洛反应堆它就是巧妙的使用了地下水做慢化剂，所以它是一个轻水反应堆。再有一个要素就是控制棒，控制棒里的成分都是中子吸收剂，也叫做中子毒素。它是用来给反应刹车的，这个东西可以自由的插入或者抽出反应堆，插进去的时候，当然就是用来给反应堆减速的或者停止反应的。就像刹车一样，无论车速多快，只要一脚下去，就能够逐渐让它停下来。这样人才能够控制反应堆，否则没完没了的这么裂变反应下去，很快反应堆就会因为过热而爆炸。

所以我们讲核能它一定是可控的核反应。但是这也是恰恰让黑田一夫感到最困惑的地方。就是这个奥克洛自然反应堆它运转了几十万年，是什么让它没有爆掉的呢？这个设计感就太强了，有木有？

研究团队发现，奥克洛反应堆在反应过程中温度会越来越高，甚至能够达到接近400摄氏度。这时反应堆里的水它不断受到蒸发，在岩层下面就不断的积蓄压力。当压力足够强的时候，水就通过间歇泉的方式喷到地面上，水一旦消失，中子跑得太快，找不到原子去撞，链式反应就会立刻终止。而喷出去的水和蒸汽带走了大部分反应堆里积蓄的热量，这样反应堆就会逐渐冷却下来，等到地下水再灌进矿床，核反应就又开始了。

所以奥克洛的工作方式是间歇性的，频率是每工作30分钟，大约歇150分钟，这段时间就足以让反应堆充分冷却，然后再重启。这是它工作了几十万年都没有爆掉的原因，真可以用巧夺天工四个字来形容。那人工反应堆里面的安全可抗压管道系统，还有蒸汽生成设备，这些在奥克洛反应堆是怎么解决的呢？

研究小组发现，奥克洛周围岩床的自然分布就解决了这些问题。这样一来，黑田一夫几乎所有的疑惑都解开了。最后让他唯一感叹的就是这个自然反应堆的神奇远远超过了他的理论。

其实，奥克洛的神奇之处还不止这些，它是地球上最独一无二的绿色核反应堆。如何处理核废料是各个核电厂都很头疼的问题。一般的做法就是把核废料密封起来，然后找个没人又深的地方一扔就完事儿了。

比如在地上挖一个深度超过500米的坑，这么一埋，或者往深海里这么一扔，就让核废料在漫长的岁月里自然衰变，无害化。但是一旦这个封闭容器意外破损，那它对周围环境还是存在着污染隐患的。

但是奥克洛反应堆它就不存在这个问题，反应堆里产生的高放射性废物是被周围的花岗岩、砂岩，还有粘土牢牢的固定在奥克洛的地下深处。

比如反应产生的钚在经过近20亿年的岁月，也只移动了不到3米。而且花岗岩很好的吸收了裂变反应所产生的氙气和氪气，让这些有害的放射性气体，被锁定在岩层当中挪不了窝，可以说这是一个天然绝佳的密封容器。

自从奥克洛被发现以后，世界上各大核实验室一直在想怎么样开发出这种长效的核废料处理技术，让核废料老老实实就待在原地不动。从1972年到现在，50年过去了，还是没有成功的案例出现。这么精巧的设计，今天人类的技术复制不了，即使要做到理解，也得经过多年的钻研。那么大自然是完全在巧合的状态下造就的这一切吗？

现在的研究发现，奥克洛反应堆出现和地球上氧气浓度的上升关系很密切，它正好和生命形态的变化也紧紧联系在一起。大约20亿年前，光合细菌在地球上出现了，它们的出现，导致地球大气层中氧气的浓度大幅度上升。

这个条件对于创造浓缩铀矿其实也很关键，因为铀只有在足够氧气的情况下才会溶于水，水流才可以把铀带到合适的地方沉积下来，最终形成浓缩的铀矿床。

如果当时的地球不是一个有氧的环境，那么奥克洛反应堆所需要的燃料，高浓度的铀它就没有办法形成。所以当时地球上出现的能够进行光合作用的藻类生物，它实际上是推动了奥克洛反应堆的形成。

目前科学家们也发现了奥克洛反应堆的地质构造和矿床结构，它并不是全球独一份儿的。在加拿大和澳大利亚北部都有类似的矿区，而且也有富含铀235的矿石。但是偏偏就找不到像奥克洛这样的第二个天然核反应堆。

从能支持链式反应的铀矿矿脉构造，再加上地下水，矿床周围的岩石材料和构造这些因素，再加上间歇泉喷发的岩石结构，把所有这些巧合因素凑到一块儿，才造就了奥克洛的唯一性。这就不能不让人怀疑，这是出于一只智慧之手的杰作。

有人想到了外星智慧文明，也有人提出，这是一个史前超级文明的杰作。根据现在的认知，20亿年前，地球上只有原始的藻类，由于时间过于久远，当然也包含了更加丰富的猜测。

比如奥克洛反应堆，它未必真有20亿年那么久远，而可能是高级智慧，利用优越的自然条件加以改造而达成的。奥克洛当地的土著人芳族和巴普鲁族当中都流传着这样的神话，说他们的神灵是在一片光中从天而降，听起来和飞船降落很类似。

一个民族用神话保留的记忆，说能追溯到上亿年前，这是相当不可能的，能够追溯到几万年前是可能的。

大家知道我对这个故事是什么感想吗？这让我想起了中国历史上的著名水利工程都江堰。

如果我们这一期人类某一天消失了，再过几千年记忆一片空白的人类后代发现了都江堰有这么神奇的作用，那是不是也会产生这样的争论呢？就说这个东西它到底是人工的杰作，还是自然巧合形成的呢？