谁启动了20亿年前核反应堆

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1、谁启动了20亿年前的核反应堆　　谁启动了20亿年前的核反应堆　　1972年5月，法国一座核燃料处理厂的一名工人注意到了一个奇怪的现象。当时他正对一块铀矿石进行常规分析，这块矿石采自一座看似普通的铀矿。与所有的天然铀矿一样，该矿石含有3种铀同位素──换句话说，其中的铀元素以3种不同的形态存在，它们的原子量各不相同：含量最丰富的是铀238；最稀少的是铀234；而人们垂涎三尺，能够维持核链式反应（chainreaction）的同位素，则是铀235。在地球上几乎所有的地方，甚至在月球上或陨石中，铀235同位素的原子数量在铀元素总量中占据的比例始终都是0.720%。不过，在

2、这些采自非洲加蓬的矿石样品中，铀235的含量仅有0.717%！尽管差异如此细微，却引起了法国科学家的警惕，这其中一定发生过某种怪事。进一步的分析显示，从该矿采来的一部分矿石中，铀235严重缺斤短两：大约有200千克不翼而飞――足够制造6枚原子弹。　　接连几周，法国原子能委员会（FrenchAtomicEnergyCommission，简写为CEA）的专家们都困惑不已。直到有人突然想起19年前的一个理论预言，大家才恍然大悟。1953年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的乔治?W?韦瑟里尔（GeorgeW.Wetherill）和芝加哥大学的马克?G?英格拉姆（MarkG.

3、Inghram）指出，一些铀矿矿脉可能曾经形成过天然的核裂变反应堆，这个观点很快便流行起来。其后不久，美国阿肯色大学的一位化学家黑田和夫（PaulK.Kuroda）计算出了铀矿自发产生“自持裂变反应”（self-sustainedfission）的条件。所谓自持裂变反应，即可以自发维持下去的核裂变反应，是从一个偶然闯入的中子开始的：它会诱使一个铀235原子核发生分裂，裂变产生更多的中子，又会引发其他原子核继续分裂，如此循环下去，形成连锁反应。　　黑田和夫认为，自持裂变反应能够发生的第一个条件就是，铀矿矿脉的大小必须超过诱发裂变的中子在矿石中穿行的平均距离，也就是0

4、.67米左右。这个条件可以保证，裂变的原子核释放的中子在逃离矿脉之前，就能被其他铀原子核吸收。　　第二个必要条件是，铀235必须足够丰富。今天，即使是储量最大、浓度最高的铀矿矿脉也无法成为一座核反应堆，因为铀235的浓度过低，甚至连1%都不到。不过这种同位素具有放射性，它的衰变速率比铀238快大约6倍，因此在久远的过去，这种更容易衰变的同位素所占的比例肯定高得多。例如，20亿年前奥克罗铀矿脉形成的时候，铀235所占的比例接近3%，与现在大多数核电站中使用的、人工提纯的浓缩铀燃料的浓度大致相当。　　第三个重要因素是，必须存在某种中子“慢化剂”（moderator），

5、减慢铀原子核裂变时释放的中子的运动速度，从而使这些中子在诱使铀原子核分裂时，更加得心应手。最终，矿脉中不能出现大量的硼、锂或其他“毒素”，这些元素会吸收中子，因此可以令任何核裂变反应戛然而止。　　最终，研究人员在奥克罗和邻近的奥克罗班多地区的铀矿中，确定了16个相互分离的区域――20亿年前，那里的真实环境，居然与黑田和夫描绘的大致情况惊人地相似。尽管这些区域早在几十年前就被全部辨认出来，但是远古核反应堆运转过程的种种细节，直到最近才被我和同事彻底揭开。　　轻元素提供证据　　重元素分裂产生的轻元素提供了确凿无疑的证据：奥克罗铀矿在20亿年前确实发生过自持核裂变反应，

6、而且持续时间长达数十万年。　　奥克罗的铀异常情况被发现之后不久，物理学家就确定，天然的裂变反应导致了铀235的损耗。一个重原子核一分为二时，会产生较轻的新元素。找到这些元素，就等于找到了核裂变确凿无疑的证据。事实证明，这些分裂产物的含量如此之高，因此除了核链式反应以外，不可能存在其他任何解释。这场链式反应很像1942年恩里科?费米（EnricoFermi）及其同事所做的那场著名演示（当时他们建成了世界上第一座可控原子核裂变链反应堆），反应全靠自己的力量维持运转，只是时间上提早了20亿年。　　如此令人震惊的发现公布后不久，世界各地的物理学家便开始研究这些天然核反应堆

7、的证据，并在1975年加蓬首都利伯维尔的一次特别会议上，分享了他们关于“奥克罗现象”的研究成果。第二年，代表美国出席那次会议的乔治?A?考恩（GeorgeA.Cowan，顺便提及，他是美国著名的圣菲研究所的创建者之一，至今仍是该研究所的成员）为《科学美国人》撰写了一篇文章（参见1976年7月号乔治?A?考恩所著《天然核裂变反应堆》一文），文中他讲解了当时的科学家对这些远古核反应堆运行原理的猜测。　　比如，考恩描述了钚239的形成过程――数量更加丰富的铀238捕获了铀235裂变释放的一些中子，转变为铀239，然后再释放出两个电子，转化成钚239。在奥克罗铀矿中，曾经

8、产生过超过