双碳研究 | 20亿年前地球自带核反应堆？加蓬矿井1972年惊现真相

20亿年前地球自带核反应堆？

加蓬矿井1972年惊现真相

【Ecoticias网2月22日报道】

1972年，技术人员在检测铀燃料时，发现了一件自然界的怪事。一批来自加蓬奥克洛地区矿区的原料中，一种关键铀同位素的含量远低于预期，就像其中一部分已经在核反应堆里“燃烧”过一样。

这一微小的偏差，开启了一段科学探索之旅。后续研究表明，该矿石带有自持式核反应的化学印记：约20亿年前，地下深处曾发生过持续的核反应，那时的地球还处于极早期的地质阶段。

违背规则的奇特铀样本

奥克洛的铀矿石最初只是法国核工业例行质量检测的一部分。法国原子能和替代能源委员会（CEA）的物理学家会比对不同矿区铀同位素的比例，确保没有成分异常，完全符合自然界的正常配比。

天然铀主要由铀-238构成，只含有少量铀-235——正是这种同位素能在反应堆中维持链式反应。在地球上几乎任何地方，甚至陨石里，铀-235的比例都稳定在0.72%左右，长期保持高度恒定。

但在奥克洛样品中，这一比例明显偏低。从绝对值看差异不大，但相对于铀同位素一贯的稳定性而言却极为显著，这绝不可能是实验室误差。科学家最初怀疑有人秘密转移了裂变材料，但通过细致排查排除了一切人为篡改的可能。

要理解这件事为何如此震撼，我们要先知道什么是同位素。同位素是同一种元素的不同形态，虽化学性质相同，但质量略有差异；它们在自然界的比例相当于一种“全球特征标识”，通常不会自行改变。

天然核反应堆的运行原理

人们一提到“反应堆”，通常会想到混凝土穹顶、控制室和严格的安全检查。从本质上讲，反应堆只是一个聚集了足够铀-235的场所，一次裂变会触发下一次裂变，形成可控链式反应并释放热量。

天然核反应堆与其原理相同，只是没有人类设计，也没有金属燃料棒。它只是一片铀矿富集的岩层，周围环境恰好充当了核电站的整套设备，让链式反应得以启动，并以稳定节奏持续进行，而不是发生爆炸。

岩石与地下水如何形成核反应

数十亿年前，地球上铀同位素的比例与今天不同。铀-235的衰变速度比铀-238更快，因此在地球更年轻时，铀-235在天然铀中的占比远高于现在，这让矿床更容易达到发生裂变所需的临界浓度。

在奥克洛矿床，富铀岩层以合适的形态和储量达到了这一临界点。地下水渗入岩石，充当了慢化剂，使裂变释放的中子减速，从而触发更多反应，而不是直接逃逸。简单来说，矿体、水和岩石结构同时扮演了燃料、冷却剂和控制系统的角色。

研究人员发现，这里的反应并非像炸弹那样爆发，而是更像一座极低功率的工业反应堆，以漫长周期反复启停：热量将水煮沸蒸发，反应暂停；待水重新渗入后，反应再次启动。这种启停模式在岩石内的裂变产物分布中留下了永久痕迹，科学家正是基于此，在反应堆停止运转数十亿年后，还原了当年的过程。

奥克洛为何至今仍让科学家着迷

奥克洛是地球上唯一一处拥有直接且详细的证据证实存在天然核反应堆的地点。其他铀矿床或许也曾接近临界状态，但即便发生过类似反应，其信号也已随时间消退，或被后续地质运动破坏。迄今为止，奥克洛仍是自然界能形成类似人造反应堆条件的唯一典型案例。

这一遗址之所以备受关注，是因为它将核物理与地球历史紧密相连。通过分析放射性元素及其衰变产物数亿年来在岩石中的留存情况，科学家可以研究核材料在地下的迁移规律，这对人类核废料长期储存的研究至关重要。

它还能帮助研究者了解生命刚刚诞生时，早期地球的化学环境与地下水系统的运作方式。

国际原子能机构（IAEA）等国际组织已将奥克洛矿区誉为一座天然实验室，既彰显核能在现实世界中的力量，又揭示其局限性。总而言之，这座非洲矿场的探索之旅提醒我们：只要时间充裕且元素配比得当，那些通常与尖端科技关联的核反应过程，有时也会在静谧的地下悄然上演。

编译：朱芳菲（新能源部）

审校：徐肖飞（新能源部）

编辑：朱芳菲（新能源部）